新的豆类基因组揭示了提高干旱易发地区粮食安全的潜力

一个国际研究小组已经对一种气候适应型豆类的基因组进行了全面测序，这种豆可以加强干旱易发地区的粮食安全。

风信子豆或“lablab bean”[Lablab purpureus]的测序为更广泛地种植作物铺平了道路，为全球粮食系统带来了营养和经济效益，以及急需的多样性。

该植物原产于非洲，在整个热带地区种植，生产高营养的豆类，用于食品和牲畜饲料。它具有极强的抗旱能力，在各种环境和条件下都能茁壮成长，有助于粮食和经济安全，并通过固定氮来提高土壤肥力。Lablab也在某些领域用于药用，并含有具有药理学潜力的生物活性化合物。

该植物的适应性表明具有高度的遗传多样性，这意味着可以为不同的环境和气候挑战选择不同的适应性基因型。但是，lablab在提高生产力和促进更广泛种植方面的遗传改良潜力尚未得到充分利用 - 特别是在干旱易发地区。

“在评估作物时，人们经常关注其以美元计的全球市场价值，”位于肯尼亚的国际畜牧研究所(ILRI)饲料和饲料发展项目负责人Chris Jones说，他是Nature Communications的一项新研究的主要作者之一。

“然而，对于难以生产足够食物的农民来说，像lablab这样的作物的价值非常高。虽然与主要作物相比，它的种植规模可能较小，但它对粮食安全的影响可能很大，我们需要认识到这一点。

重要的遗传性状

研究人员确定了与产量和种子/植物大小有关的重要农艺性状的基因组位置。他们记录了胰蛋白酶抑制剂基因的组织，该基因抑制人类消化过程中的一种关键酶。这为有针对性的育种提供了机会，以减少这些抗营养特性。

他们还追踪了lablab驯化的历史，证实这是在两个不同的地方平行发生的。该研究的另一位主要作者、南安普敦大学副教授马克·查普曼(Mark Chapman)说：“这是一个令人兴奋的发现，它为研究农艺性状是否可以使用相同的基因进化不止一次，或者不同的途径是否可以进化产生相同的结果打开了大门。经过汇编，这些信息为遗传改良提供了宝贵的资源。

全球粮食系统多样化

lablab豆是一长串“孤儿作物”之一：在当地营养和生计中发挥重要作用的本地物种，但很少受到育种者和研究人员的关注。

目前占全球卡路里摄入量40%以上的三种主要作物 - 小麦，大米和玉米 - 接受了大部分育种和作物改良工作。由于作物种植的多样性如此之少，全球粮食系统容易受到环境和社会不稳定的影响。像LabLab这样未充分利用的作物是多样化和气候适应型粮食系统的关键，基因组辅助育种是提高其生产力和采用率的一种有前途的策略。

该研究的另一位主要作者Oluwaseyi Shorinola来自国际畜牧研究所(ILRI)，也是英国约翰英纳斯中心的访问科学家，他说：“第一次绿色革命是通过小麦和水稻等主要作物实现的。像lablab这样的孤儿作物可以为下一次绿色革命铺平道路。

非洲主导的研究

研究过程本身也因其包容性而具有开创性。“尽管在过去几年中已经对许多非洲本土作物进行了测序，但在大多数工作中，非洲科学家的代表性不足，当我们参与其中时，我们一直处于后座，”该研究的另一位合著者，埃塞俄比亚ILRI的科学家Meki Shehabu说。“这个项目的特别之处在于它由非洲科学家领导，与国际机构的科学家合作。

为了实现这一目标，该项目必须克服环境限制，例如非洲大陆相对缺乏测序设施和高性能计算基础设施，以及所需的生物信息学能力。研究人员通过使用新的低成本便携式测序平台，进行深入的能力建设(包括在非洲进行的为期八个月的住宅生物信息学培训)以及谨慎地促进公平的国际合作来应对这些挑战。

展望未来，该团队预计该资源将激发实验室和其他未充分利用的本地作物的遗传改良工作，目的是增加非洲大陆及其他地区的粮食和饲料供应。

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