高粱育種：分子選種配合種原庫材料
在氣候變遷之下，人類要養活不斷增長的人口，挑戰更大。但南加州大學的Stephen Kresovich與Geoff
Morris提出高粱的新研究，有望讓這個作物成為面對挑戰的寶貴資產。論文發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上，可讓科學家及植物育家種有個遺傳工具，幫助他們在新的條件下加快馴化高粱。
耐寒的高粱是約一萬前在非洲東北角第一個被馴化的作物。現在種植在全世界各地，從德州到中國。高粱是特別耐旱的糧食，也是非洲撒哈拉以南及印度的五億人飲食中不可缺少的的一項。
高粱在美國主要作為牲畜飼料，當2012年嚴重旱災時，突顯了高粱對於氣候的適應能力。國際投入大量的心力，解碼這個食物品種，高粱的基因組曾在2009年在《Nature自然》上公佈過。
基因組代表了高粱單一個體的遺傳，但就像人類個體有著物理差異如眼色的遺傳差異，高粱也是一樣。目前致力的重點在於，建立出基因差異與物理差異的連結，詳細的了解這些連結後，將會構成植物育種家的強大工具。PNAS最新公佈成果，背後團隊包括美國康乃爾大學研究人員、在印度及尼日的國際半乾和熱帶作物研究所、伊利諾伊大學及美國農業部，使用基因分型測序(genotyping-by-sequencing，GBS)，針對全球種子庫取得的971個高粱品種的個體，確定其基因組成。科學家發現了超過25萬個單核苷酸多型性(single-nucleotide
polymorphisms，SNPs)，這就是單一高粱遺傳密碼中，每個個體能有所不同的的獨特字母。
這項結果可能要歸功於多年前建立的龐大遺傳資源，那時候還沒有技進行基因分型。近一世紀以來，來自國際各地的各種高粱種子都被存放在種子庫中，每個樣本附帶著日期及地理位置。
USC研究助理教授也是該篇論文掛名者Morris表示，我們正在利用基因庫中發現讓人難以置信的多樣性。論文中特別要探討的主題是穗的遺傳控制。穗是植物頂部帶著穀物的構造，與是育種能否成功的重要考量因素，尤其是將氣候納入考量時。例如，在乾燥地區緊密排列的穗是能讓作物有最大產量，但在雨水充沛的地區，鬆散的穗可讓穀物有更多間距以保持乾燥，避免溼氣造成的疾病。而導致減產。
研究人員發現這些物理特性的可能基因，並根據原始種子的來源，將它們對應到地理位置上。這個結果會深入了解不同的基因變種如何根據區域性氣候傳播。研究中取樣的範圍很大，從撒哈拉沙漠的邊緣到多雨的東非高原。Morris說，結果將會提供資源給全球所有高粱的育種者。目標是讓需要花費多年種植、交配及測試的傳統方法變的更快。這特別的重要，因為半乾旱地區預計會受氣候變遷影響最大的主食就是高粱。除了當前在種的高粱品種，還要依照新的條件培育心品種，那是很耗時的過程。Morris說，農業面臨的挑戰越來越嚴峻，所以改良作物的工具也必須跟上腳步。
進一步的工作與基因選拔有關，這是另一項來年的計畫合作，再次由南加州大學的基因組學SmartState資助主席及 PNAS論文資深作者操刀。在這項方法中，由電腦選拔最有前景的候選品種，並在田間進行測試。Morris說，你可能必須耗費多年在培育週期之中。不用種植數千個品種，只需在晶片中檢測數千個品種，然後選出數百個最好的來種植即可。這項工作由美國國家科學基金會的農業發展基礎研究計畫(Basic
Research to Enable Agricultural Development, BREAD)
(ID:IOS-0965342)，及美國農業部農糧生物能源植物原料基因組學計畫 (#2011-03502)支持。
