圖片作者：NotebookLM
提到小麥，你會想到麵包；提到大麥，你會想到啤酒。這兩種作物養活了全球數十億人口。
這就像是兩個失散多年的同胞手足，在完全不同的環境長大，最後卻考上了同一所大學、選了同樣的科系，甚至穿衣風格都很像。這就是生物學上所謂的「趨同演化」（Convergent Evolution）。
當然，有些讀者可能會說：透過人擇所產生的變化，能叫做演化嗎？
在生物學上，只要有選擇的壓力造成一個族群內的等位基因頻率（Allele frequency）隨時間發生改變，都可以被稱做演化。當然，在這裡或許使用「趨同選擇」（Convergent Selection）是更準確的說法。
在這個研究中，研究團隊透過研究小麥與大麥的品系，想要知道：這些植物在人擇的過程以及當地環境的壓力下，發生了什麼變化？
他們發現，除了一些「意料之中」的突變（如不落粒、株高變矮）以外，他們還找到了一些有趣的基因。
科學家是如何發現這個秘密的？這對未來的糧食危機又有什麼幫助？讓我們一起來看這場跨越萬年的基因偵探故事。
大約在一萬年前，人類在「肥沃月彎」（現在的中東地區）開始馴化野生植物。小麥和大麥是當時的「明星作物」。
研究團隊分析了來自世界各地、將近 1400 份的小麥與大麥基因體數據。他們發現，當人類帶著這兩種作物向外遷徙（例如去歐洲、亞洲、非洲）時，為了適應當地的氣候和人類的需求，它們的基因體也發生了同步改變。
科學家找到了 451 個關鍵基因，證明小麥和大麥在演化路上「互抄答案」。
關鍵發現一：不想長太高？那就「慢慢長」 (FUWA 基因)
大家可能聽過「綠色革命」，當時科學家選育出比較矮的小麥，讓它們不會因為結穗太重而倒伏，產量因此大增。那些矮種小麥多半是「吉貝素（GA）」這個荷爾蒙的路徑壞掉了。
不過，這次研究發現了一個新的身高控制基因，叫做FUWA。這個基因就像是植物生長的「煞車系統」。當研究團隊試著把小麥的 FUWA 基因破壞掉，結果發現植物變矮了，但不是因為缺乏荷爾蒙，而是因為細胞分裂變慢了。這導致植物小時候長得比較慢、比較矮，但等到成熟時，高度差距會縮小。
小麥和大麥都不約而同地保留了這個基因的特定變異，這顯示控制「生長速率」對作物適應環境非常重要。
有趣的是，FUWA 基因是一種含有 NHL 重複序列（NHL repeat-containing） 的蛋白質，它會與RNA結合，來調節細胞週期的進程。
雖然過去的許多矮種作物都與吉貝素有關，但是在水稻中，FUWA 被認為可能透過芸苔素類固醇信號（brassinosteroid signals） 來影響花序結構和穀物性狀 。也就是說，科學家們發現了一種獨立於吉貝素以外的株高控制機制，這對於未來的育種會是很重要的武器。
另外，他們還發現 FUWA 基因的等位基因分佈呈現明顯的「南—北梯度」。特定的等位基因在北方族群較多，另一種在南方較多 。這暗示了它不只是控制生長，可能還參與了對溫度或生長季節長度的適應。這讓這個基因變得更有趣了！
關鍵發現二：非洲求生記之DRO1 基因
這大概是研究團隊發現的最勵志的故事。
在氣候乾燥的「非洲之角」（Horn of Africa，如衣索比亞一帶），水資源非常珍貴。科學家發現，當地的小麥和大麥，都在DRO1這個基因上發生了特殊的變異。
DRO1 控制植物根系對重力的反應（和生長素 Auxin 有關）。它主要在根尖的伸長區表現，負責控制生長素（auxin）的流動。
當 DRO1 表現量高時，根對重力會變得非常敏感，生長素能迅速不對稱分佈，導致根垂直向下生長（深根）。
研究團隊發現，特定的 DRO1 變異會讓根系「更垂直地向下生長」。而這樣的突變，只出現在非洲的品系中。
當表土乾掉時，只有根扎得夠深、能吸到地下水的植物才能活下來。這證明了不同物種面對同樣的環境壓力（乾旱）時，演化會逼迫它們找出同樣的解決方案（深根）。
來自湖底的時光膠囊：古代小麥之謎
在法國一個湖邊遺址（Lake Chalain），考古學家挖掘出距今約 5200 年前的古代小麥種子。這種小麥被稱為「新穎穎殼小麥」（New Glume Wheat），現在已經滅絕了。通過萃取這些千年種子的 DNA，科學家發現它的身世非常複雜，它可能是另一種野生小麥（T. timopheevii）的馴化後代，或是某種雜交品系。這告訴我們，人類馴化作物的過程並非一條直線，而是充滿了嘗試、雜交甚至失敗的複雜網絡。
為什麼我們要知道這些？
這項研究提出了一個超酷的概念：跨物種轉化育種（Inter-crop translational breeding）。
簡單來說就是「抄別人的答案」。
既然小麥和大麥是兄弟，面臨的問題也差不多，如果我們發現小麥因為在 A 基因上發生突變，使它能成功適應了南亞的高溫；但大麥在同一個基因上還沒有突變。
這時候育種家不用從頭等待大麥慢慢演化，可以直接參考小麥的答案，透過育種或基因編輯，把這個優良的變異「轉化」到大麥身上 。
除了FUWA與DRO1，這次的研究還發現了抗寒基因（RNP-1）與開花時間調節的基因（OsMADS50）等。
總而言之，透過研究小麥與大麥的演化，我們不僅瞭解了這些作物與人類的互動，還從不同區域的品系中發現了新的育種標的。在氣候變遷日益嚴峻的今天，利用這些藏在基因裡的歷史智慧，我們或許能更快培育出抗旱、抗熱、高產量的未來作物，確保人類的糧食安全。
參考文獻：
Sow, M.D., Forestan, C., Pont, C. et al. Striking convergent selection history of wheat and barley and its potential for breeding. Nat. Plants 11, 2268–2285 (2025). https://doi.org/10.1038/s41477-025-02128-0
