一种从未被报道过的小麦增产基因被发现，在田间测产中，携带该基因的小麦相比对照组，产量提升了11.9%。
近日，《科学》杂志在线发表了这一发现，同期发表的还有荷兰瓦赫宁根大学分子生物学实验室G·威尔玛·范·埃斯博士对该发现的展望文章，文章指出，该基因的发现，“是提高谷物产量的里程碑”，“提供了一条最大化小麦产量的新途径”。
4月18日，论文通讯作者、美国俄克拉荷马州立大学小麦分子遗传实验室教授严六零告诉新京报记者，这一基因的发现，为小麦乃至水稻、大麦等育种提供了新的选择，在未来，小麦或许也可以有“禾下乘凉”的一天。
常规小麦高产基因TaCol-B5纯合型植株(右）和杂合型植株（左）比不带这一高产基因的植株(中），更加高大，而且高产。受访者供图
新基因功能发现，影响多个高产性状
小麦中有数万乃至十多万个基因，全基因测序的实现，使得人们知道了这些基因。但它们各自发挥着怎样的作用，仍需要逐一鉴定，这显然不是一代人或几代人能完成的任务。
此次新发现的增产基因，源于2014年开始的一项提高小麦产量的研究项目。严六零介绍，最初，他们选择了两种小麦材料CItr 17600和扬麦18，作为亲本进行杂交，目的是改良小麦的穗型，想要增加小穗数，以此提高小麦的产量。一个麦穗有多个小穗，一个小穗可结一两个至多个种子。
“产量包括三个重要因素，包括穗数、每穗种子数和种子重量等，”该论文共同第一作者南京农业大学教授贾海燕说，“现实中，这些因素在一定幅度范围内呈负相关的关系。在育种时，通过遗传因素改良穗型和株型，进而提高作物产量，是一条有效途径，但实现该目标非常具有挑战性。”
在最初的实验中，严六零和团队的科学家们，将杂交获得的材料进行了遗传学定位，定位到了一个特别的基因——TaCol-B5。“对这个基因进行克隆和鉴定后，我们发现，它不仅提高小穗数，还增加穗数、粒数等，一个基因有多个效应。”严六零说。
该基因是首次被科学界报道，严六零说，在此之前，人们不知道这个基因有什么功能。
隐藏的基因，存在于古老小麦中
如此重要的基因，为何此前没有被发现？
为了探寻这一原因，在鉴定之后，科学家团队开始在其他小麦品种中，寻找产量基因。
论文共同第一作者，原就读于俄克拉荷马州立大学的博士生，中国农业科学院麻类研究所副研究员张小雨介绍，在此后，他们对1857个栽培种进行了测试，其中包括1551份中国国家作物种质库保存的小麦材料，结果发现，只有不到2%的栽培种中拥有这一基因。“比如157份中国农家种，均不含有该基因，346份中国现代育成品种中，仅有4份含有该基因。欧洲的小麦品种中，含有该基因的同样极少。”
为什么含有这一基因的小麦这么少，漫长的小麦栽培史中，到底发生了怎样的变化？科研团队开始追溯小麦的祖先，试图找到这一基因被大部分栽培种“遗失”的原因。
“当前栽培的普通小麦，大多是六倍体，也就是有三组染色体，”论文共同第一作者，中国农科院作物所李甜副研究员说，“小麦的祖先是二倍体，和人一样，只有一组染色体。在人类栽培驯化的过程中，小麦先是变成了四倍体，后来又变成了六倍体。我们寻找的时候，在四倍体的小麦中，发现了这一基因。”
这说明在以前的小麦中，是含有这个基因的，只是栽培育种的过程中，许多小麦“遗失”了它。
“遗失”的历史，或许并不远
是什么原因造成了这一基因的“遗失”，科学家们猜测，可能和过去杂交育种时，在选择表型中的爱好有关。
这或许要追溯到上世纪五六十年代的“绿色革命”。
“绿色革命”是发生在小麦、水稻等主要粮食作物育种中的一次历史性进步，其中，作物矮秆化是“绿色革命”最典型的特征之一。“矮秆可以增强作物抗倒伏的能力，也就相当于增加了产量，所以育种家们，一度在多种作物育种中追求矮秆。”严六零说。
TaCol-B5的“遗失”为何被猜测和“绿色革命”有关？这主要源于它的另一个特征，贾海燕介绍，“我们在实验中发现，含有这一基因的植株，在高产的同时，也会增加株高。这让我们不得不猜测，是不是在矮秆化的过程中，这一基因没有被选择利用。”
小麦的未来，也能“禾下乘凉”吗？
小麦是人类最重要的主粮之一，全球每年的小麦产量，接近7.8亿吨，占全部粮食产量的20%以上。在中国，小麦也是两大口粮之一，小麦的增产，对全球粮食供给意义重大，也是育种家们长期以来孜孜不倦的追求目标。
新基因的发现，是否会给小麦带来大幅增产的契机？严六零说，这一基因的发现，给育种者提供了一种选择，一个新的机制，让更多的育种者可以利用这个基因，培育更高产的品种。同时，G·威尔玛·范·埃斯博士评论说，这一基因不仅可以运用在小麦育种中，在水稻、大麦、黑麦等禾本科的作物中，可能同样适用。
TaCol-B5会增加小麦的株高，是否会成为这一基因广泛应用的障碍？对此，严六零表示，实验中尚未发现易倒伏的情况。
“追求矮秆的绿色革命，在育种历史上，确实发挥了非常重要的作用，”贾海燕说，“但也要看到，科技的发展非常快，在今天，我们有了更多的技术和手段提升作物抗倒伏的能力，比如可以通过基因技术，选择那些可以让麦秆增粗、增加韧性的基因，提升它抗倒伏的能力。”
在未来，是否会有高秆又高产的小麦？严六零说，“多年以后，是否一定要追求矮秆？矮秆对未来小麦进一步提升产量，是否也有影响？这些都需要思考。袁隆平有‘禾下乘凉梦’，他梦想中，高大而又高产的水稻，可以让人坐在下面乘凉，小麦或许也可以如此。”
新京报记者 周怀宗
编辑 张树婧 校对 王心
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