科学探索|这一发现与袁隆平的“禾下乘凉梦”不谋而合这一发现与袁隆平的“禾下乘

“如何提高产量是作物育种里最重要的问题，也是最难的问题，是一块难啃的硬骨头。”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《中国科学报》，面对着气候变化、人口增长、耕地减少等问题，提高小麦产量是直接关系到世界粮食安全的重大课题。

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TaCOL-B5基因纯合植株（右）和杂合植株（中）比不携带该基因的对照组（左）更高大，产量更高。受访者供图

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携带TaCOL-B5基因的扬麦18（右）比对照组更高大，产量更高。受访者供图
4月8日，《科学》在线发表了严六零与合作者找到的一个新的小麦增产基因TaCOL-B5，该基因对小穗数、穗数等性状都有明显的调控作用，田间试验显示该基因可让小麦平均增产约12% 。

《科学》同期发表了荷兰瓦赫宁根大学分子生物学实验室G·威尔玛·范·埃斯博士的展望文章。该文指出，“TaCOL-B5 的发现是提高谷物产量的里程碑，它加深了我们对控制产量相关株型性状的分子机制的理解。”“对 TaCol-B5 的鉴定提供了一条最大化小麦产量的新途径。”
决定小麦产量的穗型因素
作为全球最重要的粮食作物之一，小麦满足了人类20%的卡路里和蛋白质需求，为全球超过1/3的人口提供能量来源。
提高小麦产量一直是备受关注的问题。论文通讯作者严六零说，采用传统杂交育种手段培育的一些高产品种，由于受到气候、环境和栽培方式等影响，在不同年份或地区会表现出不稳定的产量。育种家不能精确地预测它们是否在绝大多数情况下都能带来较高的产量。
近年来，基因测序等新技术的快速发展和应用给科学家带来了解决高产难题的机遇。
严六零说，小麦产量受到三个主要因素影响，即穗数、每穗种子数和种子重量。
这些因素在一定幅度范围内呈负相关的关系，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。
范·埃斯指出，单个影响因素之间的权衡，例如种子重量和数量，是进一步提高产量的主要瓶颈。
“控制小麦产量相关株型性状的基因的鉴定并非易事，因为普通小麦具有大而复杂的六倍体基因组，而且其中包含80%的重复序列——具有如此多相似的基因组片段，很难组装序列拼图。”
严六零与合作者利用完整的小麦参考基因组和快速测序技术加速了对小麦高产基因的研究。“我们原先的目标是找到决定小穗数的关键基因。”
论文共同第一作者、原就读于俄克拉荷马州大学的博士生、现供职于中国农业科学院麻类研究所的张小雨介绍，他们挑选了两个麦穗形状差异较大的小麦材料（CItr 17600和扬麦18）作为亲本，以期利用孟德尔遗传规律从他们的后代中找到由于穗差异而导致产量差异的分离群体，从而发现提高产量的基因。
潜在的单产增长约为 12%
“在选择这两个亲本做实验的时候，我们的确就是为了找到高产基因，但我们并不知道最终会发现一个什么样的基因。”严六零说，最终找到这个增产效果异常显著的基因算是一种“偶然”和“幸运” 。
张小雨告诉《中国科学报》，在前期研究中，他们通过CItr 17600和扬麦18两个品种的杂交构建了一个子代群体，这个群体中的小穗数表现出遗传分离。随后，他们鉴定到一个数量性状主效位点，可解释子代群体中43%的小穗数的遗传分离的差异。