农业赠款，以帮助繁殖西非更多弹性山药

农业研究旨在提高重要作物和牲畜物种的可持续性，生产率和营养密度。Illumina的农业更大倡议赠款是一项奖项，旨在提高该领域的研究，最终目标是通过提高农作物产量并提高牲畜福利和生产力来减少营养不良，饥饿和贫困。

2022年的赠款获胜者是Ranjana Bhattacharjee博士，分子遗传学家国际热带农业学院（IITA）在尼日利亚伊巴丹。她的研究旨在通过研究山药物种（该地区的主要食物来源）来解决西非的粮食不安全。全基因组测序。

捷克葡萄牙直播与Bhattacharjee进行了交谈，以了解有关山药物种的遗传分析如何提高农作物产量并产生这种研究不足的作物的更多弹性品种的更多信息。

莎拉·惠兰（Sarah Whelan）（SW）：您能告诉我您的研究和实验室中工作的重点吗？

Ranjana Bhattacharjee（RB）：我是植物育种者和分子遗传学家，我的研究重点是使用分子标记和基因组学辅助育种。我的专业知识领域是山药和可可，以及其他农作物，例如芋头和咖啡。在大多数情况下，很难使用常规方法对感兴趣的作物特征进行任何更改，例如产量或抗病性。这是我们使用基因组学或全基因组关联来理解这些感兴趣的特征并基于基因组学进行更改的时候。

SW：这个新项目专注于山药。您能解释山药在农业上的重要性和作为食物来源吗？

RB：首先，我想说的是，在诸如美国之类的地方，山药经常与地瓜混淆。但是，它们是属于两个不同家庭的两种不同的农作物。地瓜是ipomoea batatas，山药属于该属Dioscorea。世界各地有600种山药，涵盖亚洲，非洲，拉丁美洲，大洋洲和太平洋。在这600种中，大约有10种，例如Dioscorea Rotundata，，，，Dioscorea cayenensis和Dioscoria alata。

由于山药是如此普遍，因此对于近300万人来说，它们作为粮食安全作物非常重要。它们是拥有一到三公顷土地的小农户的主要农作物。此外，山药的生产成本很高，因此山药农民经常会出售山药以获取钱来购买其他农作物（例如木薯，玉米或米饭），这些农作物便宜得多。山药也非常丰富淀粉，据报道与其他淀粉作物相比，山药具有最低的血糖指数之一。

山药也是一种收入的农作物。有报道称，市场价值约为137亿美元，为山姆斯提供了西非的绰号“作物之王”。此外，山药含有有价值的二级代谢产物，例如氟蛋白，皂苷和shikimic Acid。这些是制药公司的重要成分。这些代谢物可以合成生产，但也可以自然来自某些山药物种。因此，如果可以提取这些，则可以提供很大的收入来源。

SW：您说今天山药农业面临的主要挑战是什么？

RB：低收益和疾病等问题是主要挑战。有些疾病会影响某些山药物种，例如Dioscorea Alata可以发展由Coltotrichum gloeosporioides称为蒽另一个山药物种，Dioscorea Rotundata，可以感染病毒感染，从而导致山药马赛克疾病。两种疾病都可以将作物产量降低80％或更多。

生产成本是另一个主要挑战。由于这种农作物是葡萄藤，因此每种植物都需要粘在地面上。西非缺乏机械化使种植和收获非常密集。这些农作物是地下块茎，可以重达八或十公斤，每种植物可以产生多个块茎。另一个挑战是种子系统本身。由于山药是一种经过克隆的繁殖作物，因此农民必须将一些种植作为种子块茎的种植材料。对于农民来说，这变得非常困难，因为他们必须在明年保留种子块茎，同时还要保留一些自身的消费。

最后，需要认识到西非的山药作为优先农作物。尼日利亚是世界上最高的山药生产商，但政策制定者和政府并不认为山药是优先农作物。这使得很难获得研究的资金来改进，从遗传学和基因组学方面的速度非常慢。当我们与决策者谈论为什么他们不想优先考虑这些农作物时，他们说尼日利亚的生产是如此之高，以至于很多块茎腐烂。但是，这取决于收获后缺乏存储设施。当这些农作物未正确储存并堆叠在另一种农作物上时，会产生很多热量，块茎可能腐烂，受到昆虫的攻击，并容易受到真菌感染的影响。这意味着很多农作物可能会丢失。

SW：恭喜您获得2022年Illumina农业更大的优质赠款的奖励。您能否在这笔赠款的帮助下描述您将要执行的研究目标？

RB：最初，该奖项仅对100种基因组进行了整个基因组测序。但是，在与Illumina进行了很多讨论之后，我非常感激他们现在已经认识到这种作物的价值，并使我能够提交大约1000种山药基因型，包括栽培和野生物种。

西非山药的主要问题之一是两个耕种物种 -Dioscorea Rotundata和Dioscorea cayenensis（也称为白色山药和黄色山药） - 与野生物种一起生长。农民进入森林地区并收集野生块茎，从物理上将其培养成常规的圆柱形形状，可能需要四到五年。然后将这些块茎称为栽培的白色山药。但是，这些块茎是白色山药，黄色山药，一种野生文化的种间杂种还是完全野生的物种，存在很多困惑。如果是野生物种，那是哪种物种？因此，在这个项目中，主要目的是对许多白色，黄色和可能的野生山药进行基因组测序，这些野生山药都是一起生长的。因此，我们可以理解这些栽培和野生物种之间的遗传关系。我们将知道这些是白色山药，黄色山药还是种间杂种。

对于第二个目标，我们将研究整合在YAM基因组中并且很难分离的病毒DNA。我们将对我们从山药本身提取的100个病毒分离株进行整个基因组测序。这将使我们能够在山药基因组中找到病毒抗性的区域。有趣的是，我们已经有用于白色山药的参考基因组草案，这意味着我们可以将测序数据与可用参考草案基因组保持一致。这将使我们能够找到保守抗性基因的区域以及其他重要质量特征（例如干物质含量和淀粉质量）的基因。

SW：这项研究将如何提高这种作物的可持续性和生产率？

RB：它可能不会直接并立即影响农作物的可持续性和生产。但是，从长远来看，一旦我们了解了负责不同特征的基因，我们就可以执行基因组学辅助育种并快速训练育种周期。

目前，产生新的山药种类可能需要八到十年，而且品种营业额非常低。此外，当最终向农民发布改善的品种时，改善品种的采用率也很低。生产者依靠“陆地”，这是农民在当地改编的品种。从一项代谢组学研究中，我们发现陆地的味道比改善的品种要好得多。因此，当我们尝试改善一种品种时，产量与某些质量特征（如淀粉特性，矿物质和口味）之间似乎存在负相关。通过整个基因组测序，我们将能够找到负责这些特征的基因，并执行基因组学辅助育种将这些基因转移到其中一些改进的品种中。

基因组测序还将生成大量数据，因此我们需要进行大量基因挖掘，并了解这些基因是否功能。但是，这将比其他许多作物要少得多，因为其他农作物中已经了解了事情。例如，大量研究已经改善了我们对米饭的理解，大米和山药都是单子叶植物。这意味着我们可以使用我们的大米知识应用许多相同的原理来了解山药中的基因功能。综上所述，这意味着我们可能不会看到直接的好处，但是我相信在未来五到六年内，这可能会对提高的可持续性和生产率产生重大影响。

SW：您认为这笔赠款对这个相对研究的话题有多重要？

RB：我认为这是Illumina首次赠予研究对西非非常重要的农作物的赠款。有了这笔赠款和宣传，人们已经开始了解山药是自己的作物，与红薯不同，因此已经有很多误解已经被清除了。同时，许多投资者现在可能对这些农作物感兴趣。我们希望该作物的地位将从孤儿作物变为经过精心研究的作物。基因组测序正在彻底改变农作物的改善世界，现在我们将山药添加到了经过大规模基因组测序的农作物清单中。

Ranjana Bhattacharjee博士正在与技术网络的科学作家Sarah Whelan讲话。捷克葡萄牙直播