麵包小麥的D基因：貴圈很亂！

如果要說基因的複雜度，麵包小麥（Triticum aestivum）應該可以名列前茅。畢竟，它是「異源六倍體」（allohexaploid），帶有三種植物的基因。

這三種植物的基因，分別被冠上A、B、D，以方便研究者討論。不然動不動就要把整個拉丁文學名搬出來，實在是太累了。

但是，A、B、D三組基因的來源植物，其實也各自有自己的故事喔！最近有「一大群」科學家（他們組成了所謂的OWWC，Open Wild Wheat Consortium），研究了D基因的來源植物：節節麥（Aegilops tauschii）。

節節麥。圖片取自維基百科

節節麥是最晚加入麵包小麥的，大約發生在8,000到11,000年前的肥沃月彎。節節麥的加入，產生了麵包小麥；而由於麵包小麥種子大、產量高，所以很快就被採用，並迅速地傳播開來。

但是，多年來讓許多科學家疑惑的一件事是：在野外可以找到野生的一粒麥、二粒麥，但是卻沒有野生的麵包小麥。另外是，雜交之後所產生的麵包小麥，出現了所謂的「瓶頸效應」：麵包小麥的基因多樣性比其他類似的麥類作物要低。

為了想了解到底這次雜交對小麥發生了什麼影響，研究團隊收集了從土耳其西北部一直到中國東部的493個節節麥品系，從中挑選了46個具有代表性的品系，進行基因體定序，建立了節節麥的泛基因體（pangenome）。

他們發現，節節麥也有個複雜的故事！大約一半是來自於裏海西南地區的L2E-1，另外四分之一是來自於L2E-2，還有一小部分則是來自於一個少見的品系L3。

這個L3品系是來自於喬治亞的高加索區。不同的麵包小麥品系，所帶有的L3基因比例不同，而且離喬治亞越遠的品系，L3的比例越少。不過，即使帶有最多L3品系片段的麵包小麥，也只有7%。而現代品系的麵包小麥，只含有1%的L3基因。

L3品系對麵包小麥有什麼影響呢？研究團隊發現，在1D染色體的長臂上，有一個Glu-D1的位點。這個位點裡有一個基因，能產生高分子量的麵筋蛋白，對麵筋的強度以及麵包的品質發生了重要的影響。只要帶有這個基因，就可以產生更有彈性的麵團，製作出更好的麵包以及更多種類的烘焙產品。

這個發現意味著，如果我們可以把這個基因引入現代品系的小麥，我們就能夠有更適合製作麵包的麵粉。

另外，研究團隊也發現，麵包小麥D基因體的形成，至少經歷了四次的雜交事件。

除了這些發現之外，他們還成功的選殖了一個抗葉銹病基因Lr39，在未來的小麥育種上，應該也可以派上用場。

總而言之，小麥的D基因體的形成，牽涉了四次雜交，而透過研究節節麥的基因，科學家們發現了新的麵筋基因，可以讓我們的麵包變得更好吃！

參考文獻：

Cavalet-Giorsa, E., González-Muñoz, A., Athiyannan, N. et al. Origin and evolution of the bread wheat D genome. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07808-z