2024年3月27日，《自然》杂志发表的一项研究宣布，甘蔗基因组终于被破解。这是一项了不起的成就，因为甘蔗基因组非常复杂。20多年前，第一个被测序的农作物基因组水稻的基因组很“简单”：12条染色体，每条染色体有两个相同的副本，总共4亿个碱基对(Mb)(位于两条互补DNA链上的氮碱基对)。

主要农作物的基因组多样性如何讲述其进化的故事

甘蔗要复杂得多：这种多倍体植物比传统植物含有更多的染色体拷贝。甘蔗需要测序的染色体比水稻多10倍，每条染色体都更长，基因组是水稻的20倍。为了破解密码，CIRAD研究小组想出了使用高粱作为模型的想法，因为它是同一科(禾本科或禾本科)的近亲，基因组中的冗余度要低得多。

但为什么要费心研究农作物及其不同品种的基因组呢?它们所包含的多样性实际上揭示了它们的进化方式，因为农民在不同环境中出于各种目的选择了它们。例如，水稻是通过喜马拉雅山周围出现的不同品种之间的突变和自然杂交而进化的，这些品种在10,000年前开始的驯化过程中每年都会被选择。这产生了足够数量的品种，以保证在各种环境中的生产。

甘蔗则来自东南亚岛屿：它是广泛基因混合的结果，融合了多个相关物种。这使它能够结合对各种疾病的抵抗力和无与伦比的生长活力，使其成为生产生物质效率最高的植物。它对基因混合的耐受性如此之强，以至于可以产生各种杂交品种，甚至是跨属杂交品种，结合不同的植物物种。

了解植物过去的适应方式有助于规划和加快未来作物的适应能力。

植物基因组研究四十年

正是出于这个原因，CIRAD早在1986年就建立了一个热带物种基因组分析实验室。该实验室后来成为大高原技术区域基因分型平台(GrandPlateauTechniquerégionaldeGénotypage)。该实验室的团队制作了第一张基因图谱，然后，得益于国家基因分型结构(尤其是Génoscope)以及各种国际合作，他们在2010年代因将几种热带植物列为领先的生物模型而成为新闻人物，例如可可、香蕉和柑橘。

近年来，名单越来越长，包括阿拉比卡咖啡、香草，当然还有甘蔗。目前，椰子、橡胶、油棕、山药、花生、高粱以及福尼奥米的基因组研究正在取得进展，将基因组范围扩大到本土植物。

对于品种间容易杂交的植物，这可以精确定位与重要农艺性状相关的序列——无论是在田间还是在加工和消费方面。下一步是在育种者(新品种的创造者)在生长条件下对后代进行分类之前，在混合物中优先考虑这些序列。

对于其他物种来说，混合需要更长的时间，而且更加随机。有时，混合过程中会出现一些不太可能的、几乎是奇迹般的组合。科学家们已经能够突出那些细心的人类能够识别的令人惊讶的杂交品种：甜香蕉、芭蕉、橙子、柠檬、葡萄柚、金桔和阿拉比卡咖啡。

可可，传播于5000多年前

以可可为例，我们可以通过现代基因组和前哥伦布时期陶器碎片中发现的古代DNA来研究其基因组多样性。

可可起源于亚马逊，很早就被人类传播，大概在5000多年前，远至太平洋海岸和中美洲。许多遗传来源相距甚远的种群之间发生了混合，使可可适应了这些新环境。

对于巧克力爱好者来说，这种混合还能产生新的香气特性，例如目前在Criollo和Nacional品种生产的可可豆中发现的香气特性。

香蕉和柑橘，杂交的果实

就香蕉而言，基因组学结果表明，它们的驯化始于新几内亚地区，以小果香蕉(Musaacuminata)属的班克西(banksii)、裂果香蕉(schizocarpa)和可能的斑马香蕉(zebrina)群之间的杂交为基础。

这些最初的栽培品种随后被运输到东南亚的不同地区，并与芭蕉属的其他当地亚种杂交，从而产生了它们的多样化，形成了我们现在所知道的不同种类的品种，其中涉及多达七个祖先贡献者。

至于柑橘类植物，其基因组多样性表明，现代种植的大多数物种都来自四个创始物种。例如，酸橙(Citruslatifolia)是地中海柠檬和酸橙自然杂交的结果，涉及四个祖先物种。

基因组学揭示了在这些复杂的基因组背景下生殖细胞(配子)的产生方式，并有助于为培育抗病砧木铺平道路。

适应咖啡

最后，阿拉比卡咖啡也是这些不太可能的杂交案例之一的结果。它融合了两个不同物种(Coffeacanephora和C.eugenioides)的基因组，但这种情况只发生过一次。

这种新的杂交品种出现于50万年前的埃塞俄比亚，阿拉伯人从14世纪左右开始选择它来生产咖啡。由于每种植物内部的多样性，它带来了许多特性，但从它衍生的所有植物几乎完全相同。

从那时起，为了继续适应，寻找其他罕见事件，通过从其他来源的基因渗入来扩大这种多样性，成为了当务之急。现在的注意力集中在埃塞俄比亚和也门的本地化形式上。

基因改良的宝贵资源

所有这些作物特有的不可能事件都非常有益，但很难复制。在我们了解所有细节之前，不可能探索变种以创造和保持适应所需的多样性。某些形式，其中一些极其罕见，是未来可能至关重要的特征的唯一来源。

CIRAD与INRAE和IRD合作，并与国际研究网络和私人机构合作，在蒙彼利埃、科西嘉岛、瓜德罗普岛、法属圭亚那和留尼汪岛保存和维护以种子、冻干细胞或整株植物形式的遗传资源收集。

这些活动成本高昂，但却是未来必不可少的投资。通过调动现有的多样性，与其他参与者(从农民到研究中心)密切合作，我们正在培育未来的品种。

基因组多样性是未来行动的关键因素，已成为全球性问题。如果我们知道如何揭示某些序列在生物潜力方面所提供的内容，我们就可以引导它们传递给后代。甚至可以通过基因组编辑重写它们，将理想的生物学属性传递给现有品种，而无需借助杂交。

只要生物技术知识存在，这种基因改良方法似乎是无限的，特别是通过促进混合。因此，围绕社会选择和知识产权的问题现在出现在知识领域，目前这是一个备受争议的话题。

传播知识

首先，对基因组多样性的探索是为了应对环境挑战——气候变化，这需要加快操作以使植物适应特定的环境——不同的生长区——既对比鲜明又快速变化，并与生产者密切互动。

然而，这也涉及到一个社会问题：必须保证信息获取，使每个人都能利用这些信息，改良农作物，继续以可持续的方式养活自己。因此，我们正在努力通过生物信息学平台扩大数据和分析工具的获取渠道，这些平台为每种植物提供专用的基因组数据库。我们还通过为法国和我们在全球南方的合作伙伴的青年科学家提供功能和比较基因组学工具及其使用方法的培训，帮助建立更公平的技能组合。