智种资讯在线：在过去的万年里，动植物的驯化奠定了人类文明的基石。其中，大麦和小麦作为全球两大关键主食作物，至今支撑着无数人口的生存与发展。2025年11月17日，《Nature Plants》发表了一项突破性研究，题为“小麦与大麦显著的趋同选择历史及其育种潜力”。
该研究不仅挖掘出驱动作物改良的关键基因，还发掘出大量物种特有的珍贵遗传变异，并在此基础上提出了创新育种策略——“跨作物育种”，为未来作物设计提供了全新思路。
小麦和大麦的万年同行与分道扬镳
小麦和大麦是大约1万年前开始的农业革命的奠基作物。时至今日，它们仍然是世界上最重要的谷物之一。考古记录显示，它们的种植历史在空间和时间上都具有显著的相似性。这两种作物都是“新石器时代作物群”的重要组成部分，该作物群从新月沃土逐渐向外扩散，横跨地中海、巴尔干半岛、外高加索和伊朗高原，最终覆盖欧洲、中亚，然后到达远东和非洲部分地区，并适应了这些新的环境。
尽管它们的最终用途不同——小麦主要用于制作面包，而大麦主要用于酿造啤酒和作为动物饲料——但它们在形态上相似，基因上也密切相关。研究表明，大麦和小麦大约在800万至1200万年前从共同祖先分化，它们之间经历了一次或两次多倍化事件，导致了极大的遗传差异，走上了不同的演化道路。
趋同选择的遗传印记：不约而同的进化智慧
研究人员发现，小麦和大麦在适应环境、提高产量以及应对生物和非生物胁迫方面，表现出了惊人的平行选择特征，即“趋同选择”。这好比两位“表亲”在独立的驯化路上，面对相似的挑战（如干旱、高产），不约而同地“发明”了相似的遗传解决方案。在全基因组层面，系统性的扫描证据表明，两者共享的选择信号显著超出了随机预期。具体到关键基因：
FUWA基因：花序、籽粒、株型的“总控螺丝刀”。该基因在水稻中已知影响花序和籽粒性状。在硬粒小麦中的功能验证表明，其突变体在株高、开花时间、叶面积和生长速率上均受影响，揭示了该基因在控制植物发育方面具有跨物种的保守功能。
DRO1基因：让根系“向下扎”的抗旱按钮。在四倍体小麦中，该基因被证实与根系结构和抗旱性相关，展示了利用趋同信号识别育种关键基因的实用潜力。
这种趋同进化主要源于它们对相似环境、农艺实践和最终用途的适应。
从共享规律到独有宝藏：“跨作物育种”新策略
然而，研究的意义远不止于发现共同的规律。更重要的是，团队从“不共同”的地方——即那些物种特有的遗传变异中，找到了新的育种突破口。
在作物选择的万年历史中，不同物种中所有有利等位基因同时被选择的可能性极低。因此，在一个物种中被选择保留的变异，可能正是其近缘物种中所缺乏的“宝贵零件”。这些物种特异性的遗传变异，构成了一个尚未被充分利用的“基因宝库”。
基于此，研究团队提出了“跨作物育种”的概念：这就像建立一个“作物优良基因共享库”，将一个物种中鉴定出的、与优良性状关联的非趋同选择位点，通过现代育种技术（如基因编辑或远缘杂交）导入到缺乏该优良等位基因的近缘作物中，从而实现性状的快速改良。
例如：一个调控开花时间的基因OSMADS50，在六倍体小麦中有一个等位基因在南方群体中被固定，而在大麦和四倍体小麦中却不存在。这提示可以通过“跨作物育种”，将小麦中的这个等位基因引入到大麦或四倍体小麦中，以改良其适应性。一旦功能验证完成，即可通过基因编辑或回交将该等位基因快速导入，从而拓宽其他作物的纬度适应范围。
古DNA揭秘：修正现代小麦驯化史
研究还特别关注了GA型小麦（如提莫菲维小麦，一类具有独特细胞质和抗病基因的小麦种群）所携带的独特遗传变异。
通过分析考古发掘自法国Chalain湖遗址的“新颖小麦”水渍样本的古DNA，结合形态计量学分析，证据表明这种新石器时代晚期（约公元前3200-2600年）被栽培、随后消失的NGW很可能是一种驯化的提莫菲维小麦，或者是其与BA型二粒小麦的杂交种。这为了解小麦驯化过程的复杂性提供了新的视角，并强调了GA型基因库对现代小麦育种的价值。
育种意义与未来展望
小麦和大麦之间显著趋同选择历史的发现，标志着我们对谷类作物驯化和改良的理解发生了范式转变。它强调了这些基础作物相互交织的进化轨迹，并凸显了跨物种遗传解决方案在育种中的巨大潜力。
随着农业界对这些发现的深入理解，预计未来将有更多研究探索这些趋同选择位点如何与更广泛的基因组环境（包括表观遗传修饰和基因网络）相互作用。揭示这些层面的信息将有助于我们更精准地操控作物基因组，从而优化作物性能。
最终，这些知识将指引我们建立一种基于人类与植物共同进化悠久历史的、更加明智的可持续农业发展模式。这项研究意义重大，其影响远不止于小麦和大麦；它为进化生物学、作物科学和粮食政策提供了一个引人入胜的案例研究。通过追踪趋同选择的特征，我们得以深入了解人类如何塑造并将继续塑造我们重要粮食作物的遗传命运。
智种评论
这篇《Nature Plants》的研究彻底颠覆了我们看待作物育种的方式——它不再只是实验室里的精密科学，更是与自然万年智慧的一场对话。
原来，我们误解了作物的“成长史”：过去认为作物驯化是条单行道：野生→人工选择→现代品种。但研究却发现，小麦、大麦的进化更像“自然界的乐高积木游戏”——通过独立进化、趋同选择，甚至跨物种“借鉴基因”，形成了复杂的适应网络。这告诉我们：每一粒种子，都是基因、环境与人类选择共同书写的史诗。
育种有了“高德地图”：研究发现，不同谷物中控制关键性状的基因总会被反复选中。这就像大自然在基因层面留下的“五星书签”——指引育种者精准锁定目标，告别盲目筛选，大幅提升效率。
最震撼的突破-跨作物育种：研究提出，不同作物可以像“互相借用零件”一样，共享优质基因模块。这意味着，未来的超级作物，或许将是汇聚各物种优势的“混血天才”。
给我们的启示：万年驯化史，就是一部写在基因里的“育种宝典”；现代农业不再是“选优”，而是“重现进化智慧”；这套方法将孕育出“作物基因朋友圈”，实现整体升级。
“读懂种子里的万年智慧，就能写下农业的未来篇章——每一粒谷物，都将是人类与自然合著的杰作。”
论文原文：https://www.nature.com/articles/s41477-025-02128-0
