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尼日利亚:改良木薯 养活世界

2020-01-15 23:41

改良木薯 养活世界 基因组学结合传统育种获得优质主食作物

“我喜欢这个。”Ismail Rabbi边说边将手掌放在木薯上,就像父母在夸赞自己心爱的孩子,他羞涩地笑了。“它们看上去没什么了不起的——并不高。”Rabbi说,“但它克服了我们设置的所有障碍。”

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Rabbi是尼日利亚伊巴丹国际热带农业研究所的遗传学家。他和同事正在开展一项改良木薯的研究。木薯根部富含淀粉,为全球8亿多人提供了食物和收入。非洲木薯消耗量最高,但产量却比亚洲和南美洲低。不过,非洲的木薯品种往往更能抵抗枯萎病,比如目前正在亚洲扩散的致死性木薯花叶病。

“下一代木薯育种工程”负责人Chiedozie Egesi在尼日利亚的一个木薯田中视察。图片来源:Amy Maxmen

去年11月,Rabbi将5个抵抗该疾病的非洲木薯品种运往泰国——全球最大的木薯进口国。他和同事在耗资6200万美元的“下一代木薯育种工程”的资助下培育了这些植物。这项工程由英国政府以及比尔和梅琳达·盖茨基金会于2011年创建。随着气候变暖、人口不断增长,木薯病毒也在扩散。项目科学家正利用基因组数据辨别满足全球需求的木薯品种的有用特征并进行繁育,以对抗饥饿。

“我喜欢这个。”Ismail Rabbi边说边将手掌放在木薯上,就像父母在夸赞自己心爱的孩子,他羞涩地笑了。“它们看上去没什么了不起的——并不高。”Rabbi说,“但它克服了我们设置的所有障碍。”

当这些非洲植物抵达泰国后,泰国科学家将其与亚洲木薯品种进行杂交,并筛选以获得“后代”,Rabbi和同事据此寻找用于预测植物对抗花叶病毒以及其他12种性状的遗传标记。这些性状包括叶子颜色以及每个根的可食用淀粉量。

Rabbi是尼日利亚伊巴丹国际热带农业研究所的遗传学家。他和同事正在开展一项改良木薯的研究。木薯根部富含淀粉,为全球8亿多人提供了食物和收入。非洲木薯消耗量最高,但产量却比亚洲和南美洲低。不过,非洲的木薯品种往往更能抵抗枯萎病,比如目前正在亚洲扩散的致死性木薯花叶病。

这些遗传标记曾帮助尼日利亚研究人员繁育出8种目前正在该国试验田生长的木薯。科学家和农民将把它们同现有广泛使用的最好木薯品种进行比较。

去年11月,Rabbi将5个抵抗该疾病的非洲木薯品种运往泰国——全球最大的木薯进口国。他和同事在耗资6200万美元的“下一代木薯育种工程”的资助下培育了这些植物。这项工程由英国政府以及比尔和梅琳达:盖茨基金会于2011年创建。随着气候变暖、人口不断增长,木薯病毒也在扩散。项目科学家正利用基因组数据辨别满足全球需求的木薯品种的有用特征并进行繁育,以对抗饥饿。

11月的一个炎热下午,Rabbi和“下一代木薯育种工程”负责人、IITA遗传学家Chiedozie Egesi在繁育木薯新品种的试验田中漫步。他们讨论如何帮助农民使用新木薯品种的农艺,以及经济策略,比如创造针对这些作物的市场。“我们不能只坐在房间里,然后确保这些木薯表现得完美就可以了。”Egesi说,“我们正在将其带往出现问题的地方,并且一直研究如何让我们的科学研究派上用场。”

当这些非洲植物抵达泰国后,泰国科学家将其与亚洲木薯品种进行杂交,并筛选以获得“后代”,Rabbi和同事据此寻找用于预测植物对抗花叶病毒以及其他12种性状的遗传标记。这些性状包括叶子颜色以及每个根的可食用淀粉量。

问题根源

这些遗传标记曾帮助尼日利亚研究人员繁育出8种目前正在该国试验田生长的木薯。科学家和农民将把它们同现有广泛使用的最好木薯品种进行比较。

木薯是三大洲自给农业农民的主要生计来源,因为它能在贫瘠的土壤中生存且耐干旱,此外,其根部可随时收获。不过,木薯的产量地理差异很大,在非洲生长的木薯每公顷平均产出8.8吨可用根,而在美洲和亚洲,每公顷的产量分别为13吨和22吨。

11月的一个炎热下午,Rabbi和“下一代木薯育种工程”负责人、IITA 遗传学家Chiedozie Egesi在繁育木薯新品种的试验田中漫步。他们讨论如何帮助农民使用新木薯品种的农艺,以及经济策略,比如创造针对这些作物的市场。“我们不能只坐在房间里,然后确保这些木薯表现得完美就可以了。”Egesi说,“我们正在将其带往出现问题的地方,并且一直研究如何让我们的科学研究派上用场。”

研究人员一直试图通过进口亚洲和南美洲品种改善非洲农民的处境。不过,这些外来植物难以对抗非洲病原体,因此“表现得很糟糕”。

木薯是三大洲自给农业农民的主要生计来源,因为它能在贫瘠的土壤中生存且耐干旱,此外,其根部可随时收获。不过,木薯的产量地理差异很大,在非洲生长的木薯每公顷平均产出8.8吨可用根,而在美洲和亚洲,每公顷的产量分别为13吨和22吨。

事实证明,繁育生命力更强的杂交品种具有挑战性。研究人员要花费5年时间繁育,才能获得一个有价值的杂交品种。此后,育种者还必须用约1年的时间种植试验性植物,以及评估根系的质量——这需要收割、浸泡、切块并且晾干,之后为剩余淀粉称重。即便这样,高产量的木薯暴露于恶劣的环境下也可能出问题。

研究人员一直试图通过进口亚洲和南美洲品种改善非洲农民的处境。不过,这些外来植物难以对抗非洲病原体,因此“表现得很糟糕”。

这种低效的繁育过程浪费土地、人力和金钱。同时,尽管木薯是非洲人碳水化合物食物的最大来源之一,但从全球销量和研究经费的角度看,玉米、小麦和水稻远远超过了它。“下一代木薯育种工程”旨在通过利用基因测序辨别优质杂交品种,加速繁育生命力更强的木薯并且提高产量。项目研究人员还致力于刺激市场投资,他们通过与打算购买并处理由小规模农场主种植的木薯根部的尼日利亚企业家进行对话加以实现。

事实证明,繁育生命力更强的杂交品种具有挑战性。研究人员要花费5年时间繁育,才能获得一个有价值的杂交品种。此后,育种者还必须用约1年的时间种植试验性植物,以及评估根系的质量——这需要收割、浸泡、切块并且晾干,之后为剩余淀粉称重。即便这样,高产量的木薯暴露于恶劣的环境下也可能出问题。

澳大利亚墨尔本莫纳什大学植物科学家Ros Gleadow表示,这项努力早就该进行了。“木薯最终获得认可,真是太棒了。”Gleadow说。

这种低效的繁育过程浪费土地、人力和金钱。同时,尽管木薯是非洲人碳水化合物食物的最大来源之一,但从全球销量和研究经费的角度看,玉米、小麦和水稻远远超过了它。“下一代木薯育种工程”旨在通过利用基因测序辨别优质杂交品种,加速繁育生命力更强的木薯并且提高产量。项目研究人员还致力于刺激市场投资,他们通过与打算购买并处理由小规模农场主种植的木薯根部的尼日利亚企业家进行对话加以实现。

日益增长的雄心

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