将面包小麦的野生远亲的重要农艺性状转移到现代小麦品种中,并在国际育种项目和科学研究中利用新培育的种质资源——这是Ian King教授和Julie King博士这对“夫妻拍档”及他们在英国诺丁汉大学新成立的小麦研究中心的专家团队所面临的艰巨任务。通过技术进步和具体的育种策略,他们新的工厂化规模育种方法“shotgun”得以实现,这有助于确保人类主要食物来源的可持续性。
诺丁汉大学生物科学学院新成立的小麦研究中心由“小麦第一夫人”、具有影响力的小麦研究倡导者Jeanie Borlaug Laube建立,她的另一个身份是诺贝尔奖获得者Norman E. Borlaug的女儿。该中心揭牌仪式于本月11日举行。
King教授表示,小麦与其他大量物种相关,其中不少是野生的和未驯化的。这些野生亲缘提供大量尚未发掘的遗传变异和农艺性状,可用于开发产量较高且适应环境变化的新品种。
面包小麦成为人类食物重要来源已有数百年。它是三种不同类型草的杂交产物,一般认为发生在8000~10000年前。因此,现代面包小麦品种拥有少量遗传变异,这使得它们更容易受气候变化影响和疾病侵害。
随着预计的世界人口在2050年增长至90亿,地球资源面临严重压力,预测小麦产量无法满足增长的粮食需求。因此,植物育种者需要在每个作物物种中寻找新的遗传变异,使它们能够适应不同的环境——比如干旱、洪涝和疾病。
新技术的进步现在能运用高通量检测,将携带新遗传变异的从野生亲缘中获取的单个染色体片段引入小麦中。这意味着诺丁汉大学的团队能够从野生亲缘小麦中转移这些小的遗传信息至大规模育种中,这在小麦育种研究中迈出了新的一步,而新的小麦将应对气候变化和疾病,并帮助养活不断增长的人口。
King表示,他们正在研究“shotgun”方法,尽可能多地从不同物种中转移不同染色体的片段,以便有兴趣的育种者能因任何特征而筛选它们。他们在四年半时间里生产了数百个基因渗入——这庞大的遗传变异储备将成为未来新品种开发的基础。
King还表示:“育种者在开发使用业已存在的遗传变异时非常出色,但是现在小麦产量出现了停滞不前的状况。我们的研究极大地加快了自然杂交的过程,所以我们可以以工业化的规模开发新的小麦。”
在过去四年半时间里,研究者们培育了25000个杂交品种。所有的材料必须是免费的,当它们显现出的不同于其他野生品种的重要遗传特性稳定且可扩展时,就会被利用起来。
King教授说,之前类似的转移几个基因片段的育种项目会耗费10年时间。而他们在短时间内生产了数百个基因渗入,这是前所未有的。