本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點。
"小麥P1210892"，版權 © 2007 David Monniaux - 個人作品。根據CC BY-SA 3.0許可透過Wikimedia Commons釋出。
昨天，科學家在《科學》雜誌上發表的四篇論文中宣佈，麵包小麥（Triticum aestivum）的基因組草圖已被解碼和繪製。 小麥和大麥是大約一萬年前文明在新月沃土和埃及興起所依賴的作物。 藉助這些草類和野生酵母，人類創造了麵包和啤酒，並且很少回頭（禁酒令和當前的無麩質飲食熱潮是值得注意的例外）。 我在國家地理上報道了這個故事。
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美國農業部位於堪薩斯州曼哈頓的硬粒冬小麥遺傳學研究部門的監管研究植物病理學家Robert Bowden告訴我，基因組的內容並不令人意外。 他說，出乎意料的是基因組告訴科學家關於小麥進化的資訊，正如Marcussen等人與基因組同時釋出的第二篇論文中所詳述的那樣。
Bowden說：“在基因組中，‘我們發現了幾乎和我們預期的一樣多的東西。’ 第二篇論文才是真正令人震驚的，因為我們認為我們已經非常瞭解小麥的進化了。”
事實上，科學家們確實非常瞭解小麥的進化。 但是，由於缺乏小麥化石以及難以處理的龐大且重複的小麥基因組（該基因組一直難以測序），他們並沒有瞭解所有情況。 您可以在國家地理上閱讀更多關於這個故事的內容。
例如，科學家們早就知道小麥是三重“多倍體”，是三種親本小麥物種的雜交體，它們透過兩次生物學上的偶然事件將兩個基因組合併為一個，產生了二粒小麥或硬粒小麥（今天主要用於義大利麵，儘管古代人可能用於不同的目的），然後將兩個合併為三個，產生了麵包小麥，其基因組是其祖先基因組的三倍大。 您可以在我在此處撰寫的關於植物多倍性的部落格文章中閱讀更多關於這個過程的資訊。
但是，如果沒有基因組圖譜，回答關於三種親本小麥物種如何相互關聯（它們可能是近親）的問題幾乎是不可能的。 後來，麵包小麥基因組草圖問世，突然之間，許多事情都成為可能。
挪威生命科學大學的Thomas Marcussen、Odd-Arne Olsen和Simen Sandve以及他們在挪威、德國和英國的同事最初著手確定兩次已知的多倍體事件的年代，並找出三種小麥親本植物是如何相互關聯的——由於化石和基因組的空白，這個話題在一段時間內一直備受爭議。 他們預計會出現一個分叉樹，其中兩個親本物種——他們不確定是哪兩個——彼此之間的關係比第三個更密切。 然而，他們發現情況更加複雜。 在小麥的過去，似乎不是兩次雜交，而是三次。
Sandve說：“根據我們的資料，我們真的無法構建一個看起來像正常分叉樹的模型。 我們必須嘗試將其構建成一個網路，以建立一個適合資料的進化模型。”
小麥親本植物Triticum urartu和Aegilops speltoides與親本#3 Aegilops tauschii 的親緣關係同樣密切，並且與A. tauschii 的親緣關係比彼此更密切。 只有當T. urartu 和 A. speltoides 的祖先透過稱為單倍體雜交的過程雜交產生A. tauschii 的祖先時，這一切才說得通。 這種型別的雜交只能發生在兩個非常 близко 相關的物種之間。 當一個物種的正常卵細胞遇到另一個物種的正常精子細胞，並且這兩個物種的親緣關係不是那麼遠，以至於精子無法使卵子受精時，就會發生這種情況。 一個熟悉的例子是騾子的產生，騾子是由驢和馬——兩個不同的物種——交配產生的。 在這種情況下，騾子通常是不育的，但在小麥的情況下，A. tauschii 顯然是可以正常繁殖的。
簡而言之，小麥的家譜開始看起來與哈布斯堡家族' 驚人地相似。
“這很複雜”：小麥錯綜複雜的家譜。 AA = T. urartu，BB = Ae. speltoides，DD = Ae. tauschii。 AABB = 二粒小麥/硬粒小麥 (T. turgidum)，AABBDD = 現代麵包小麥，T. aestivum。 第一次物種形成事件是同倍體雜交，第二次和第三次是多倍體雜交（如染色體複製數增加所示）。 圖片顯示了與各自物種密切相關的現存小麥。 圓圈表示數百萬年前的雜交日期。 連線A和B到D的線是這裡的新內容。 圖3來自Marcussen等人，2014年。單擊圖片檢視來源。
Sandve說，這項發現與其他植物（如向日葵）的資料相符，這些資料似乎表明，這種似乎產生了 A. tauschii 的直接雜交——稱為同倍體雜交——在植物中可能比以前認為的更常見。
Bowden說，他對這些結果感到驚訝。 “小麥進化過程中不是發生兩次雜交物種形成事件，而是發生了三次，這令人震驚。 我認為沒有人預料到這一點，”他說。“如果這是真的，我認為這是真的，這是一個非常非常出乎意料的結果，它顯示了這種分析方法以及利用[基因組草圖]產生的所有資料的力量。”
他說，他們將不得不重新思考如何挖掘 A. tauschii 基因組，以獲得對新小麥品種有用的性狀。 他說，儘管它無疑仍然包含有價值的性狀，但它遠沒有他們想象的那麼古老或獨立於 T. urartu 和 A. speltoides 亞基因組。
此外，從進化的角度來看，他說，有趣的是，祖先 T. urartu 和 A. speltoides 基因組以兩種不同的方式雜交了兩次——一次是形成同倍體雜交種 A. tauschii，一次是以多倍體方式產生二粒小麥/硬粒小麥 (T. turgidum)。
他說：“非常有趣的是，這兩種不同的事件最初發生在相同的兩個物種身上。 這也說明‘哇，這不是很罕見。 它僅在小麥的進化過程中就發生了三次！’”