《小王子》中，狐貍對小王子說，馴養(yǎng)就是“建立聯(lián)系”，馴養(yǎng)發(fā)生后，雙方就變得彼此需要互不可缺少?！爸挥斜获Z服（馴養(yǎng)）了的事物，才會被了解”，這句話放在人類漫長的發(fā)展過程中非常貼切。

從40億年前的有機(jī)體到如今的“自然之王”，人類的生存不斷被環(huán)境影響，也不斷地影響著環(huán)境。7萬年前智人發(fā)展出比尼安德特人更豐富的文化，以語言、想象力等文化力量戰(zhàn)勝了比自己強(qiáng)壯、會制作武器的尼安德特人，遷徙至全世界，成為現(xiàn)代人的祖先。

在人類征服自然的過程中，人類文化發(fā)展的基礎(chǔ)，是食物。80萬年前就有人種會使用火，驅(qū)逐動物，烹飪熟食，焚燒環(huán)境。這促進(jìn)了人類大腦發(fā)育、腸道變短，牙齒變小，并讓原本難以消化的小麥、水稻、馬鈴薯......逐漸登上主食食譜。

有很長一段時間，人類通過采集與狩獵生存，供我們采集的物種中，有一些與我們建立了關(guān)系——也許是我們的祖先生活的自然環(huán)境能夠采集的食物面積變小，也許是他們的文化演變到需要固定的社會關(guān)系，也許是采集的谷物種子散落在居住地周圍而使得定期收割食物比四處覓食來得方便，總之在約一萬年以前，他們開始從采集狩獵社會進(jìn)入定居社會，試著利用自然界的規(guī)律春種秋收，播種植物的種子，保證足夠的糧食。

有資料記載，“更新世晚期的人類如納圖夫人發(fā)明了技術(shù)，能夠?qū)Σ杉囊吧任镞M(jìn)行脫粒和碾磨，并且開始種植野生谷物”。值得一提的是，在萬千種食物中，能夠與我們建立關(guān)系的數(shù)量不多，而成為我們糧食的，也因為大范圍的種植而受到保護(hù)，“成為彼此不可或缺的部分”。

據(jù)資料記載，谷物的種植或許源自原始人類無意識的行為?！独杳髦啊蚣夹g(shù)顛覆人類進(jìn)化史》一書中提到，從單純地種植到馴化作物，之間只相隔二三十年。

生長于新月沃土地區(qū)（西亞，以色列、伊拉克、伊朗、敘利亞、土耳其等）的野生谷物一旦成熟，便會從谷穗上脫落下來。而馴化后的作物是不會掉穗的，這便于集中收割。單粒麥、兩粒麥、大麥都有這個特點。這個馴化方向源自原始人的喜好，或者說習(xí)慣，他們采集野生谷物后會把谷物從穗上敲打下來，而不容易脫落的就成為種子，這樣長出來的谷物都是不容易從穗上脫落的了。

單粒麥被認(rèn)為是最初被馴化的野生谷物，馴化時間約為公元前9000年?，F(xiàn)代小麥則是8000多年前，粗山羊草與四倍體小麥——圓錐小麥雜交而形成當(dāng)前的六倍體栽培種，也因此獲得了雜草的生存優(yōu)勢，得以傳播至世界各地。這一點也得到了科學(xué)研究的證實。

華大基因與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所等單位合作完成了普通小麥A、D基因組供體烏拉爾圖小麥及粗山羊草的基因組測序及分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)大量與抗病能力相關(guān)的基因（如NBS-LRRl基因等）所發(fā)生的顯著擴(kuò)張增強(qiáng)了小麥的抗病性；與對抗非生物應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的基因所發(fā)生的擴(kuò)張，增強(qiáng)了小麥的抗逆性及適應(yīng)性；此外，與小麥特有品質(zhì)相關(guān)的基因擴(kuò)增，促使小麥的品質(zhì)性狀得到改良，從而成為唯一能夠制作饅頭、面包、餃子等多種食品糧食作物。研究人員還在粗山羊草基因組中鑒定出大量的轉(zhuǎn)座子，使小麥的基因組迅速膨大。據(jù)推測，基因組膨大約發(fā)生在300萬年前，可能與當(dāng)時地球的氣候變化有關(guān)。

馴化物種的種植范圍，也能反映原始人類擴(kuò)張的經(jīng)過，甚至與人類社會的宗教文化有關(guān)。有記載稱，哥貝克力石陣距一種小麥的馴化地僅有30公里，研究者猜測，這一建于公元前9500年的龐大石陣更像是代表一種宗教含義，而原始人開始種小麥，或許是為了支持這一宗教建筑和信仰的延續(xù)。

小麥之后，原始人類還馴化了許多其他的物種，《人類簡史——從動物到上帝》一文中記載，公元前9500至公元前3500年間，人類馴化了小麥、水稻、玉米、馬鈴薯、小米和大麥。這些在世界各地不斷發(fā)生的馴化事件和小麥馴化的影響類似，農(nóng)業(yè)耕種養(yǎng)活了從事各行各業(yè)的人，并且能作為交易媒介，人類文化也日漸繁復(fù)起來，政治、經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)、文學(xué)......推動了社會向更復(fù)雜的形態(tài)發(fā)展。但定居、進(jìn)入農(nóng)業(yè)社會帶來的人口爆炸，讓農(nóng)業(yè)社會出現(xiàn)階層分化，農(nóng)民面臨嚴(yán)峻的生存壓力，同時，人口增長、環(huán)境惡化帶來的糧食危機(jī)亦不容小覷。

農(nóng)業(yè)問題、糧食安全是全球性問題，在人類歷史長河中，糧食問題幾度威脅到人類生存，直至今日，這個問題依然存在。

電影《星際穿越》里呈現(xiàn)了一個場景：人類世界遭遇了干旱和炎熱的極端環(huán)境，作物受到疫病的侵襲，糧食短缺，除了玉米，其他物種在極端環(huán)境及病毒威脅下無法存活。

星際穿越里提到的枯萎病由病毒引起，由于病毒會在短期內(nèi)產(chǎn)生變異，由此引起的枯萎病較難控制。雖然電影不代表現(xiàn)實，華大基因研究院副院長張耕耘也認(rèn)為，鑒于目前地球生物多樣性較豐富，一種病毒導(dǎo)致全球作物滅絕的可能性不大，而且現(xiàn)有的基因組學(xué)育種平臺技術(shù)能夠在較短的時間里診斷病因，給出對策。但植物確實很容易受到環(huán)境氣候的影響，而這樣的影響，往往是人類不能承受之重。1854年的愛爾蘭土豆晚疫病，帶來了持續(xù)幾年的大饑荒。晚疫病屬于真菌感染，爆發(fā)饑荒的土豆只屬于S. tuberosum ssp. andigena 這一個亞種，品種太單一，疫情爆發(fā)時影響力頗大。

玉米拯救人類的理論基礎(chǔ)，是因為玉米是C4植物，在高溫、長時間光照、低二氧化碳濃度下，玉米能夠保持較高的光合速率，保證產(chǎn)量。而水稻、小麥這類C3植物可能會因為不適應(yīng)環(huán)境而無法存活。同樣是C4植物的作物還有谷子——脫殼后為小米。在全球氣候劇烈變化、耕地資源不斷減少、水資源日益短缺的情況下，大力培育和推廣優(yōu)良谷子品種將有助于提高土地利用率，節(jié)約灌溉用水，增加糧食產(chǎn)量。同時，谷子自身營養(yǎng)價值極高，對合理膳食結(jié)構(gòu)，改善人民健康有益?？茖W(xué)家們對谷子展開了多方面的研究，發(fā)掘其成為第五大主糧的潛力。對谷子種植和培育的實踐，也將為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來新方向。

為了解小米成為第五大主糧的潛力，研究者們對谷子進(jìn)行了多方面的研究，其中，華大基因和張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)對谷子的全基因組進(jìn)行測序，發(fā)現(xiàn)谷子的培育潛力?；诨驕y序的結(jié)果，分子生物學(xué)家們可以發(fā)現(xiàn)谷子生育期短、單株籽粒多、適應(yīng)性廣、抗旱、耐瘠和高光合作用效率的機(jī)理，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗逆谷子新品種。2015年，河南長垣、新疆等地的谷子大豐收，也讓我們看到了解決糧食困境的希望。

也許馴化并不是單向的過程，小麥的出現(xiàn)，讓農(nóng)民躬身勞作，為小麥基因的延續(xù)和擴(kuò)張?zhí)峁l件。說小麥馴化了人類，也不是一個令人驚奇的答案呢。而如今處理糧食危機(jī)，基因技術(shù)是了解作物特性、培育高產(chǎn)的作物基礎(chǔ)與工具，表明我們又在用技術(shù)重新馴化作物。這一切，都說明我們與糧食作物建立的聯(lián)系確實不容忽視，二者不可或缺。

水稻

約8500年前，栽培稻在長江中下游起源，其中粳稻和秈稻在3900年前分化。對于水稻起源于中國還是印度，學(xué)界一度爭論不休。目前，2011年美國圣路易斯華盛頓大學(xué)的Barbara A. Schaal和紐約大學(xué)的Michael D. Purugganan的基因組學(xué)研究成果是目前比較令人信服的理論，他們認(rèn)為，野生水稻首先出現(xiàn)在中國長江中下游地區(qū)，被馴化為粳稻后，擴(kuò)散至印度，與當(dāng)?shù)匾吧倦s交為秈稻，又回到中國。

對于水稻的基因組研究比這更早，中國的水稻中國人來測。2002年4月5日，華大基因等中國機(jī)構(gòu)共同完成的《水稻（秈稻）基因組的工作框架序列圖》一文以封面文章形式發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。這一框架圖覆蓋了92%的水稻基因組，研究人員發(fā)現(xiàn)秈稻基因組共包含4.66億個堿基對，基因數(shù)目在4.6萬至5.6萬個之間。秈稻基因組有約70%以上的基因出現(xiàn)重復(fù)，而這可能是植物適應(yīng)性進(jìn)化所需蛋白質(zhì)多樣性的原因。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，水稻的雜交優(yōu)勢很可能與基因組大小、組分、基因表達(dá)等都有關(guān)系。緊接著，華大基因等中國科研團(tuán)隊又完成了水稻基因組精細(xì)圖和水稻第四號染色體精確測序圖，為水稻的改良提供基礎(chǔ)。

馬鈴薯

馬鈴薯又稱為土豆，被稱為“十全十美”的健康食品，它是世界上第三大糧食作物，歐美人民的主糧。我國的馬鈴薯產(chǎn)量最多，但因為缺乏適合于我國氣候條件和栽培方式的優(yōu)良品種，這一原產(chǎn)南美的外來作物畝產(chǎn)不高，只有荷蘭的1/3。馬鈴薯一度為歐洲帶來了19世紀(jì)人口繁榮的景象，但因為生物多樣性單一，19世紀(jì)由一種真菌引發(fā)的晚疫病造成馬鈴薯欠收，愛爾蘭人民因饑餓致死或逃亡。

2011年，華大基因和國際協(xié)作組對馬鈴薯的基因研究成果在Nature上以封面文章形式發(fā)表，這耗費了由14個國家29個單位的97名研究人員組成的協(xié)作組6年的艱苦努力。研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯基因組包含約39,000個基因，在進(jìn)化過程中經(jīng)歷了兩次全基因組復(fù)制。馬鈴薯是通過薯塊繁殖的，屬于營養(yǎng)繁殖作物，具有嚴(yán)重的自交衰退現(xiàn)象。通過比較基因組分析，發(fā)現(xiàn)了薯塊生長發(fā)育和病蟲害抗性的重要基因。此外，馬鈴薯基因組也為進(jìn)一步了解雙子葉植物的進(jìn)化路徑提供了分子生物學(xué)新知識。

玉米

玉米是集糧、經(jīng)、飼為一體的三元作物，也是重要的能源作物?？脊艑W(xué)及遺傳學(xué)證實玉米大約馴化自10,000多年前，在馴化過程中，玉米經(jīng)歷了一次特殊的表型轉(zhuǎn)變，這使其更加容易滿足人類的需求。2012年6月，冷泉港實驗室和華大基因等機(jī)構(gòu)主導(dǎo)完成玉米遺傳變異研究，測序完成第二代玉米單體型圖譜。

加州大學(xué)戴維斯分校和華大基因等單位主導(dǎo)完成的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)玉米在經(jīng)過人工馴化之后又產(chǎn)生了新的遺傳多樣性，并推測這很有可能是由于野生近緣物種的基因滲入所導(dǎo)致的。研究人員發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個具有強(qiáng)烈選擇信號的基因，并推測這些基因可能在玉米的馴化過程中發(fā)揮著重要的作用。此外，研究數(shù)據(jù)還表明在玉米的馴化過程中，千百年前古代農(nóng)民應(yīng)用的人工馴化方法似乎比現(xiàn)代育種學(xué)家所使用的方法發(fā)揮了更大的作用。

小米

根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，7000年前，黃河流域河北武安磁山出土了粟（谷子，脫殼后為小米）粒，長江流域浙江余姚河姆渡遺址發(fā)現(xiàn)曾種植過水稻。看來，南北差異，古已有之。7000年后的現(xiàn)在，谷子仍多種植于北方。

谷子曾居為五谷之首，2000多年前的農(nóng)業(yè)書籍《氾勝之書》及1500多年前，賈思勰的《齊民要術(shù)》中都有記載。夏朝和商朝還被稱為“粟文化”的王朝，粟（谷子）被視為尊貴之物。以其耐旱、耐貧瘠、 生長期較短， 非常適合中國北方旱地種植的特點。由于種植技術(shù)落后，直到秦朝，谷子仍是黃河流域先秦居民的主糧，也為人口增加做出了貢獻(xiàn)。但又正因為人口激增，谷子因為產(chǎn)量不足，秦漢時期主食地位逐漸被更高產(chǎn)的小麥代替。又因為宋朝時水稻品種多樣化，明代引進(jìn)玉米、番薯、馬鈴薯，谷子種植面積減少，種植技術(shù)也未提高。如今，期待具有優(yōu)勢的C4作物小米將在科技的幫助下，重歸主糧行列，成為拯救人類的“末日作物”。

基因科技造福人類

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