Physiological, Molecular, and Genetic Perspectives of Wheat Improvement

جمعیت جهان با سرعت نگران کننده ای در حال رشد است و ممکن است تا سال 2050 از 9.7 میلیارد نفر فراتر رود، در حالی که بهره وری کشاورزی به دلیل عوامل محدود کننده عملکرد مانند تنش های زیستی و غیرزیستی در نتیجه آب و هوای جهانی تأثیر منفی گذاشته است. تغییر دادن. گندم یک محصول اصلی برای حدود 20 درصد از جمعیت جهان است و به منظور برآورده کردن نیازهای جمعیت رو به افزایش جهان، نیاز به افزایش عملکرد آن نیز دارد. «انقلاب سبز»، معرفی گونه‌های گندم نیمه کوتوله و پرمحصول به همراه بهبود شیوه‌های مدیریت زراعی، باعث افزایش قابل‌توجه در تولید گندم و خودکفایی در کشورهای در حال توسعه از جمله مکزیک، هند و سایر کشورهای جنوب آسیا شد. با این حال، از اواخر دهه 1980، عملکرد گندم با نوسانات کمی در بن بست است. بنابراین، روند کنونی برای پاسخگویی به تقاضاهای افزایش جمعیت جهان ناکافی است. بنابراین، در حالی که اصلاح متعارف تأثیر زیادی بر عملکرد گندم داشته است، با تبدیل شدن به تغییرات آب و هوایی، به اصلاح مولکولی جدیدتر و ابزارهای مدیریتی برای دستیابی به هدف بهبود عملکرد گندم برای آینده نیاز است. با پیشرفت در درک ما از ژنوم گندم و مهمتر از آن، نقش تعاملات محیطی بر بهره وری، ایده انتخاب ژنومی برای انتخاب صفات کمی چند ژنتیکی در اوایل چرخه اصلاحی پیشنهاد شده است. بر این اساس، انتخاب ژنومی ممکن است اصلاح نژاد گندم را با سودی که پیش‌بینی می‌شود 3 تا 5 برابر آمیخته‌سازی باشد، بازسازی کند. فنومیکس (فنوتایپ با توان عملیاتی بالا) یکی دیگر از پیشرفت‌های نسبتاً اخیر است که با استفاده از حسگرهای معاصر برای غربالگری ژرم پلاسم گندم و به عنوان ابزار انتخاب استفاده می‌کند. در نهایت، فناوری ویرایش ژنوم با واسطه ریبونوکلئوپروتئین CRISPR/Cas9 با موفقیت برای ویرایش ژنوم کارآمد و خاص گندم نان هگزاپلوید استفاده شده است. به طور خلاصه، پیشرفت‌های هیجان‌انگیزی در توسعه گیاهان گندم غیرتراریخته مقاوم به تنش‌های زنده و غیر زنده و/یا گندم با کیفیت تغذیه‌ای بهبود یافته وجود دارد. ما معتقدیم مهم است که این دستاوردهای تحقیقاتی جدید را برای مخاطبان وسیع‌تری برجسته کنیم، با این امید که خوانندگان ما در نهایت این فناوری‌های قدرتمند را برای بهبود محصولات کشاورزی به کار گیرند تا نیازهای جمعیت در حال گسترش جهان را برآورده کنند.

World population is growing at an alarming rate and may exceed 9.7 billion by 2050, whereas agricultural productivity has been negatively affected due to yield limiting factors such as biotic and abiotic stresses as a result of global climate change. Wheat is a staple crop for ~20% of the world population and its yield needs be augmented correspondingly in order to satisfy the demands of our increasing world population. “Green revolution”, the introduction of semi-dwarf, high yielding wheat varieties along with improved agronomic management practices, gave rise to a substantial increase in wheat production and self-sufficiency in developing countries that include Mexico, India and other south Asian countries. Since the late 1980’s, however, wheat yield is at a standoff with little fluctuation. The current trend is thus insufficient to meet the demands of an increasing world population. Therefore, while conventional breeding has had a great impact on wheat yield, with climate change becoming a reality, newer molecular breeding and management tools are needed to meet the goal of improving wheat yield for the future. With the advance in our understanding of the wheat genome and more importantly, the role of environmental interactions on productivity, the idea of genomic selection has been proposed to select for multi-genic quantitative traits early in the breeding cycle. Accordingly genomic selection may remodel wheat breeding with gain that is predicted to be 3 to 5 times that of crossbreeding. Phenomics (high-throughput phenotyping) is another fairly recent advancement using contemporary sensors for wheat germplasm screening and as a selection tool. Lastly, CRISPR/Cas9 ribonucleoprotein mediated genome editing technology has been successfully utilized for efficient and specific genome editing of hexaploid bread wheat. In summary, there has been exciting progresses in the development of non-GM wheat plants resistant to biotic and abiotic stress and/or wheat with improved nutritional quality. We believe it is important to highlight these novel research accomplishments for a broader audience, with the hope that our readers will ultimately adopt these powerful technologies for crops improvement in order to meet the demands of an expanding world population.