科學家使用外來的DNA來幫助創造”耐氣候變化”作物
在小麥中加入來自野生近緣植物的外來DNA後,即使在炎熱的天氣中也能獲得高達50%的顯著增產,超過了沒有這些基因的精英品種。在氣溫破紀錄的一年裡,來自諾里奇的厄勒姆研究所和國際玉米小麥改良中心(CIMMYT)的研究為提高作物的抗逆性和在氣候變化的情況下確保糧食提供了亟需的希望。
隨著世界面臨氣候變化的後果,具有氣候適應性的作物正變得越來越重要。通過擁有能夠承受極端環境壓力的作物,糧食安全得到了改善,因為農民即使在具有挑戰性的條件下也能夠種植作物。這反過來又有助於解決全球飢餓問題,因為即使面對不斷變化的氣候,糧食生產仍然穩定。
位於墨西哥的田間試驗也強調了關鍵作物的遺傳多樣性的重要性,幾十年的選擇性育種已經降低了它們適應迅速變暖的地球的能力。
隨著氣溫上升和天氣事件變得更加極端,主要糧食作物繼續滿足全球需求的能力存在著越來越多的不確定性。
小麥為全球提供的卡路里比任何其他作物都多,但世界各地種植的大多數小麥的遺傳變異有限,使其容易受到氣候變化的影響。
研究報告的作者、厄爾尼諾研究所的組長安東尼-霍爾教授說:”小麥佔全球消耗的熱量的20%左右,並且在世界各地廣泛種植。但是我們不知道我們今天種植的作物是否能夠應對明天的天氣。更糟糕的是,開發新品種可能需要十年或更長時間,因此迅速採取行動至關重要。”
與CIMMYT合作,厄勒姆研究所的研究人員在墨西哥的索諾拉沙漠建立了為期兩年的田間試驗。他們研究了149個小麥品系,從廣泛使用的精英品係到那些選擇性培育的品系,其中包括來自墨西哥和印度的野生近緣植物和土地品種的DNA。
該研究的共同作者、CIMMYT小麥生理學負責人Matthew Reynolds說:”將精英品係與外來材料雜交有其挑戰。公認的風險是帶來的不良性狀多於理想性狀,因此這一結果代表了在克服這一障礙方面的一個重大突破,以及繼續利用遺傳資源來提高氣候復原力。”
這些種子在季節晚些時候播種,迫使植物在更熱的月份裡生長,使這些作物處於那種熱應力之下,而隨著全球氣溫上升,這種熱應力預計將成為常態。他們發現用外來DNA培育的植物比沒有這種DNA的小麥產量高50%,重要的是,在正常條件下,這些外來品系的表現並不比精英品系差。
研究人員對這些植物進行了測序,以確定導致耐熱性增加的具體基因差異。他們確定了可以將這種有益的外來DNA有針對性地引入精英品系的遺傳標記,為提高氣候復原力和減輕大範圍的作物歉收提供了一種快速的方法。
研究報告的作者、厄勒姆研究所的博士生Benedict Coombes說。”當我們試圖用更少的土地生產更多的食物來養活不斷增長的全球人口時,我們迫切需要讓我們種植的作物適應未來,以便它們能夠在日益惡劣的氣候下茁壯成長。我們發現,這一點的關鍵可能在於來自小麥野生近緣種和土地品種的基本未開發的遺傳資源。”
研究人員建議育種計劃將耐熱性能作為一種先發製人的策略,以生產能夠應對較難預測的氣候的小麥作物。
霍爾教授補充說:”這是我們現在可以用於幾乎立即產生影響的科學,田間試驗,讓我們知道需要尋找什麼樣的遺傳標記,並與小麥育種者開始對話,所以這有望成為在未來幾年為全球糧食安全做出貢獻的眾多步驟中的第一步。
“我們的發現和採取的行動是希望世界各地的人們可以繼續在他們的盤子裡吃到有營養的食物。”
該研究由UKRI-BBSRC資助,並得到了國際小麥產量夥伴關係(IWYP)和傳統農業可持續現代化(MasAgro)的支持–這是農業和農村發展秘書處(SADER)和CIMMYT的倡議。