古老谷物之一：高粱的巨大潛力

高粱是世界上最古老的谷物之一，具有許多有利于糧食安全、氣候適應(yīng)性和生物多樣性的特性。然而，研究人員對這些性狀背后的機(jī)理長期以來一直是個(gè)謎，這阻礙了高粱的高效種植?，F(xiàn)在，與哥本哈根大學(xué)合作開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)和一個(gè)生物庫以前所未有的速度使研究和育種成為可能，為在全球北方和南方培育出高效作物鋪平了道路。

高粱富含植物蛋白、纖維和礦物質(zhì)，天然不含麩質(zhì)。高粱還能更有效地利用土壤中的氮，減少對化肥的需求，這對氣候和生物多樣性都有好處。此外，它還能抵御干旱和洪水，高粱擁有眾多優(yōu)點(diǎn)。

事實(shí)上，高粱之所以受到研究人員和產(chǎn)業(yè)界越來越多的關(guān)注，原因有很多，他們認(rèn)為在氣候變化、干旱和洪澇日益頻繁的未來，高粱具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

只有一個(gè)問題：高粱是如何做到這一切的？

現(xiàn)在，一種名為“FIND-IT”的新技術(shù)可以在大量種子庫中有效識別特定基因的新突變，為挖掘植物潛力帶來了希望。有了新建立的大型種子庫，該項(xiàng)目背后的研究人員希望能夠在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出能夠在南北緯度地區(qū)有效栽培的作物變種。

圖： 高粱，?cyanocorax （CC BY 2.0）

海洋與濕地（OceanWetlands）小編觀察到《植物生理學(xué)》（Physiologia Plantarum）期刊專刊發(fā)表了一篇文章，重點(diǎn)介紹了新的育種技術(shù)。在這篇文章中，研究人員逐一介紹了哥本哈根大學(xué)、嘉士伯實(shí)驗(yàn)室和澳大利亞昆士蘭大學(xué)密切合作開發(fā)的兩種新研究資源。

高粱天生對基因轉(zhuǎn)化具有抵抗力。即使是CRISPR和GMO這樣的現(xiàn)代基因工具，通常也能比傳統(tǒng)育種更精確、更快速地進(jìn)行基因改造，但它們對高粱的作用有限。

由于傳統(tǒng)育種需要很長時(shí)間，這對開發(fā)植物的農(nóng)業(yè)性狀構(gòu)成了挑戰(zhàn)。然而，這些新的研究資源創(chuàng)造了一個(gè)全新的機(jī)會，幾乎可以說是一個(gè)全面的高粱植物及其種子的集合，幾乎代表了高粱的全部遺傳變異。

哥本哈根大學(xué)植物與環(huán)境科學(xué)系的Nanna Bjarnholt副教授說：“通過‘FIND-IT’，我們掌握了一種技術(shù)，可以快速有效地大海撈針（即我們認(rèn)為對植物性狀至關(guān)重要的特定基因的變異形式）?！?/p>

歐洲和全球南部的巨大潛力高粱已經(jīng)是全球南部地區(qū)最重要的作物之一，尤其是在非洲中部和南部。與此同時(shí)，歐洲緯度地區(qū)種植高粱的潛力也很大。

在歐洲，可以極大地受益于高粱的高營養(yǎng)成分和抵御干旱等挑戰(zhàn)的能力。有了這些新資源，有機(jī)會開發(fā)一種高效的高粱作物，這種作物既能針對歐洲的生長條件進(jìn)行優(yōu)化，又能生產(chǎn)出具有良好營養(yǎng)成分和理想特性的種子，用于生產(chǎn)新的植物性食品。

圖：高粱，?Swathi Sridharan（ CC BY 2.0）

哥本哈根大學(xué)植物與環(huán)境科學(xué)系的Birger Lindberg M?ller教授說：“這也為開發(fā)改良品種奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這些改良品種可以在更遠(yuǎn)的南方（例如撒哈拉以南的非洲地區(qū)）進(jìn)行更高效的栽培，在那里，抗旱性和土壤養(yǎng)分的最佳利用可能變得更加重要。”

研究人員已經(jīng)掌握了幾條線索，他們迫切希望繼續(xù)挖掘這種植物的潛力。

Bjarnholt說：“具體來說，我們已經(jīng)鑒定出一些候選基因，我們認(rèn)為這些基因可能與高粱的抗旱性以及其他重要特性相關(guān)?，F(xiàn)在我們可以將這些想法付諸實(shí)踐。同樣，其他研究人員也可以在此基礎(chǔ)上開展他們自己的高粱研究。我們有充分的理由感到樂觀，因?yàn)槲覀冎栏吡粨碛芯薮蟮臐摿??！?/p>

合適的土壤、正確的技術(shù)和正確的聯(lián)系哥本哈根大學(xué)和嘉士伯實(shí)驗(yàn)室的研究人員提供了有關(guān)高粱植物的專業(yè)知識，并從15萬個(gè)種子變種中挑選出合適的基因變種。他們還與澳大利亞昆士蘭州炎熱干燥地區(qū)的研究人員建立了聯(lián)系，后者是在受壓土壤條件下栽培植物的專家。

新的種子收集和技術(shù)都已提供給其他研究人員，為新規(guī)模的高粱研究打開了大門。

它們共同代表了一種重要的研究資源，因?yàn)楝F(xiàn)在可以針對特定基因?qū)Υ罅孔凅w進(jìn)行快速篩選。具體做法是將變異集分成較小的組，然后使用PCR測試（如我們從COVID-19測試中了解到的那樣）縮小搜索范圍，在每個(gè)組中識別正確的DNA序列。這種方法大大增加了研究過程中可有效研究的變體數(shù)量。

Bjarnholt說：“我們已經(jīng)看到世界各地的研究界對這種植物產(chǎn)生了濃厚的興趣。雖然我們已經(jīng)研究這種植物多年，但它仍然是神秘的。我們對它還有很多不了解的地方，也不知道它為什么會有這樣的特性。盡管如此，許多地方的人們越來越意識到這種植物具有巨大的潛力。”

總之，高粱不僅是一種重要的糧食作物和工業(yè)原料，具有廣泛的用途，而且有很高的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值：高粱耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠，適合在干旱或土壤條件較差的地區(qū)種植，有助于保障糧食安全。同時(shí)，作為輪作作物可改善土壤結(jié)構(gòu)，減少病蟲害，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。對高粱的深入研究是非常重要的。

文 | Maggie

審核 | Richard

排版 | 綠葉

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