经基因编辑的Fielder小麦（左）和正常Fielder小麦。图片来源：冈山大学

小麦在许多饮食文化中担任“主角”。提高小麦生产效率将有助于养活更多的人口，并降低相关农业成本。基因工程则有可能培育出具有人们所希望的特性的更好小麦品种。

然而，不幸的是，小麦是最难进行基因改造的作物之一。这是因为，即使成功开发出利用根癌农杆菌的植物转化系统，小麦也对“转化”具有抗性。“转化”是指将新基因导入细胞，使其融入基因组，并传递给下一代的过程。

最容易“转化”的小麦品种是Fielder，由美国爱达荷大学在20世纪70年代开发，但科学家不知道为什么这种小麦品种如此容易“转化”，而其他品种却不行。此外，“转化”其他小麦品种的困难限制了在这种关键作物上进行的基因改良。

更好地理解小麦基因组是解决这个问题的一步。现在，日本冈山大学植物科学与资源研究所的Kazuhiro Sato领导的研究团队已经组装了Fielder小麦基因组。

事实上，科学家正在努力揭开小麦的基因序列。在2020年发表的一项大规模项目中，他们对10个小麦品种的全部基因组进行了尽可能多的测序。然而，测序技术在不断进步，今年发表的一项研究发现，一种称为循环共识测序（CCS）的方法可以快速准确地读取大麦基因组的长片段，捕捉大多数基因的完整序列。

“CCS技术可以填补早期测序工作的空白，同时也具有更简单和合理的成本效益。因此，我们认为该技术既适用于小麦，也适用于大麦，并成功地使用了它。”Sato说。他们的成果近日发表于《DNA研究》。

在利用CCS对Fielder小麦基因组进行测序后，研究人员使用了另一种被称为高通量染色体构象捕获的技术，将序列组织成单个染色体。该团队将他们的结果与之前发表的基因组进行了比较，得出了几个重要结论。

首先，由CCS生成的基因组在结构和质量上与之前的基因组相匹配，但执行起来不那么复杂。其次，与2020年研究的10个小麦品种相比，Fielder并没有一个不同寻常的基因集。再次，与之前创建的突变小麦植株的序列比较表明，CCS生成的基因组有助于验证早期基因组编辑工作的成功。

例如，该团队能够确认转基因插入突变小麦的4个区域。他们还能够找到脱靶突变的候选区域，即基因改造发生在基因组非预期位置的情况。这一发现显然有利于未来在基因组编辑过程中减少脱靶效应。

在Sato看来，他们生成的高质量基因组序列对于提高Fielder小麦基因组编辑效率是必要的，并证明了任何新的修改都是安全的，不存在任何意外突变。

Sato 表示：“包括美国和日本在内的许多国家都在认真研究小麦基因编辑以提高作物产量。我们在这里证明了CCS技术对高度复杂的小麦基因组是有效的，希望这将鼓励更多的研究人员分析小麦的单倍型——它们是基因工程的目标。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/dnares/dsab008