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科学家:小麦最初是没有面筋的,直到山羊草给了它一种优秀的DNA

 123xyz123 2022-01-27

你知道吗?除了非洲人,大部分的现代都携带有1%到2%的尼安德特人的基因。尼安德特人是人类进化中的一个分支,虽然他们都消失了,但他们在千万年前跟现代人的祖先智人有过基因交流(婚配),最终把部分基因留存下来。

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人类获得尼安德特人(右)的基因

在这些基因中,最值得一提的是HLAciass1基因,它能让我们的抗病毒能力得到提高。还有孕酮受体基因也是来自尼安德特人,它能让女性的生育能力得到提高。但尼安德特人也给了我们一些不好的基因,比如跟老年痴呆、抑郁症、烟瘾酒瘾有关的部分基因,都是来自尼安德特人。实际上在今天,黄种人和白种人更容易对烟酒上瘾,更容易患抑郁症。

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​而我们今天要说的小麦山羊草之间的关系,也可以用现代人跟尼安德特人来进行类比。我们知道,小麦粉中的面筋,能让小麦更具黏弹性、延展性、薄膜成型性和吸水性,正是有了这些特性,我们才能用小麦粉来做出各种美味的面食,这一切要归功于是山羊草这个“尼安德特人”给了它获得面筋的基因。

在《自然》(Nature)杂志上发表的一项研究中,生物技术科学家们对数十年来从土耳其到中亚各地采集的242份独特的山羊草材料的DNA进行了测序。

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山羊草

​库马尔·高拉夫博士(Kumar Gaurav)领导的群体基因组分析显示,在距新月沃土约500公里的高加索地区,仅限于今天的格鲁吉亚,存在着一个独特的山羊草世系。新月沃土是指西亚、北非地区两河流域及附近一连串肥沃的土地,横跨现代的伊拉克、叙利亚、黎巴嫩、,巴勒斯坦、以色列、约旦和埃及,是小麦最早种植的地区。

这组格鲁吉亚山羊草品种与最初的小麦杂交,形成了一个独特的谱系,通过在DNA中留下足迹而形成了带面筋的小麦基因组,正是该基因赋予了面团更高的强度和弹性。这项发现来自一项重大的国际合作,该合作旨在通过探索面包小麦的野生近亲陶氏山羊草(aegilopstauschii)中有用的遗传多样性来改良作物。

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​这项研究的通讯作者布兰德·伍尔夫博士(Brande Wulff)说,回顾了所有使这项工作成为可能的因素,“五十年或六十年前,当我们几乎不了解DNA的时候,我的科学先辈们穿越了中东、叙利亚和伊拉克的扎格罗斯山脉。他们收集种子,希望也许有一天这些种子可以用来改良小麦。现在,我们已经接近释放这种潜力,对我来说,这是非常令人兴奋的。”

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解读小麦的复杂基因组

现代“六倍体”小麦是一种复杂的遗传组合,由不同的禾本科植物组成,具有巨大的遗传密码,分为a、B和D亚基因组。六倍体小麦占所有栽培小麦的95%。六倍体意味着DNA包含六组染色体,每组三对。

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​通过自然杂交和人类栽培相结合,陶氏山羊草为现代小麦提供了D基因组。D基因组增加了制作面团的特性,并使面包小麦能够在不同气候和土壤中茁壮成长。现代六倍体小麦的起源长期以来一直受到密切关注,考古学和遗传学证据表明,第一批小麦是10000年前在新月沃土地区种植的。

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​人们在种植小麦的历史中,也不断对小麦进行“驯化”,驯化在提高产量和农艺性能的同时,也造成了一个明显的遗传瓶颈,破坏了山羊草的抗病性和耐热性等保护性性状的遗传多样性。因此,科学家们需要回到最初的起点,帮助小麦找回这些遗传多样性。幸运的是,他们找到了陶氏山羊草。

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