多亏了大萧条之前开始的一项实验，研究人员已经确定了大麦(啤酒和威士忌的关键成分)非凡适应性背后的基因。这些见解可以确保作物在快速的气候变化中继续生存。
从亚洲和埃及到挪威和南美洲的安第斯山脉，大麦是世界上最重要的谷类作物之一，至少已有12000年的历史。随着它在全球范围内的传播，其DNA的随机变化使其能够在每个新的地方生存。
关键是要确定发生了变化的基因，以预测哪些品种将在气温日益升高、干旱持续时间更长、风暴更加剧烈的地区茁壮成长。
“育种家们早就明白，需要开发出能够很好地适应当地环境的作物。因此，一个世纪前，他们在加州戴维斯开始了这项实验，使用来自世界各地的大麦品种，目的是确定适合当地的品种，”加州大学河滨分校的遗传学家Dan Koenig说。
科尼格说:“开始这项实验的科学家没有能力确定哪些基因使大麦在特定环境中成功高产，但我们现在可以在我的实验室里通过一次实验研究数千万个基因变化。”
发表在《科学》杂志上的一项新研究描述了几十种有助于大麦适应性的基因。Koenig是该研究的通讯作者，他解释说，他们发现的一些基因帮助大麦将其繁殖过程安排在繁殖季节的最佳时段。
科尼格说:“开花太早或太晚都意味着植物无法产生种子。”“为了使作物产生最多的种子，它们必须在非常窄的窗口内开花。”
在加州，农作物必须在漫长的旱季开始前完成开花，否则就没有足够的水来制造种子。但如果植物过早开花，它们可能会受到霜冻。研究人员确定了基因是如何在正确的时间窗口开花的，一些基因促进早开花，另一些基因减少晚开花。
识别这些基因并不是一个简单的过程。“理解遗传适应性的挑战之一是，看到它可能需要几十年的时间，因为你每年只能种植一代大麦，”Koenig说。
幸运的是，Koenig和他的同事们可以访问1929年在加利福尼亚州戴维斯建立的大麦复合十字II实验，这是世界上最古老的生物实验之一。它的初衷是为加州市场发现新的大麦品种。几十年来，在戴维斯，育种者们用数千种基因不同的大麦相互竞争。在炎热干燥的加利福尼亚气候中生长得最好的大麦胜过了它的邻居，并且随着时间的推移变得越来越频繁。
科尼格的研究小组意识到，从这个实验中获得的种子可以用作时光机，直接观察适应过程，并识别使生存成为可能的基因。
在这58个生长季节里，这片土地从15000个基因不同的个体植物变成了一个单一的植物谱系，主宰了60%的种群，而人类根本没有选择。
科尼格说:“我们对在短时间内发生的巨大变化感到震惊。”“在一个人的一生中，自然选择完全重塑了整个基因组的遗传多样性。”
研究小组正在计划进一步的研究，以检查来自不同气候的长期实验数据，以了解开花时间如何被不同地调整。
此外，研究小组希望更好地了解他们观察到的一些奇怪的东西。在戴维斯的实验中，植物种群包含了来自许多地方的品种。当它们适应了北加州后，这些植物的产量自然增加了近一倍。然而，这种增加仍然少于育种者通过人工选择策略得到的。
“产量可能与其他性状相竞争，比如长得快、高，”科尼格说。“种植者希望植物能成为友好的邻居，但友好可能会限制对环境的适应。”
由于大麦在基因上与小麦、水稻和玉米相似，对它如何在如此多样化的环境中生存的深入了解可以用来帮助其他谷物适应极端气候。
利用基因组工程和CRISPR等现代技术，研究人员可以尝试设计其他作物，使其在特定的、更有利的时间开花。
“大麦的适应能力已经成为文明发展的基石。了解这一点不仅对继续生产酒精饮料很重要，而且对我们开发未来作物的能力也很重要，并提高它们适应世界变化的能力，”科尼格说。
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