畫出糧食作物抗逆改良“導(dǎo)航圖”

 

　　有了這份圖譜，未來有望更加高效地培育出擁有高產(chǎn)、抗病、抗寒等優(yōu)秀性狀的小麥新品種。

 

　　近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合國內(nèi)多所大學(xué)以及科研單位繪制出了目前世界上二倍體糧食作物中最復(fù)雜的黑麥基因組的高質(zhì)量精細物理圖譜，成果發(fā)表于最新一期的國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》（NatureGenetics）。

 

　　“這項基礎(chǔ)研究成果解決了國際小麥研究領(lǐng)域長期懸而未決的一個難題，是我國為世界農(nóng)作物研究作出的新貢獻。”4月6日，中國工程院院士、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)校長張改平表示，這是國際作物科學(xué)界首次完成對黑麥基因組精細物理圖譜的構(gòu)建，對麥類等作物遺傳改良具有重要的指導(dǎo)作用。

 

　　為什么要繪制黑麥基因組圖譜？

 

　　黑麥是什么？通俗地講，它是小麥的“堂兄弟”。

 

　　“從‘血緣’上講，黑麥與小麥的關(guān)系，比大麥與小麥的關(guān)系還近，目前中國大約50%的小麥品種，都攜帶有黑麥的染色體片段和基因。”論文共同通訊作者、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院院長王道文介紹。

 

　　黑麥雖然不像小麥這位“高富帥”那樣風(fēng)光無限，卻憑著抗寒、抗病、耐旱等多種獨特抗逆能力，在自然條件惡劣地區(qū)顯示出強大的生存能力，在“麥子家族”中擁有了一席之地。

 

　　“在海拔3000米以上的高寒地區(qū)，小麥基本無法收獲，但黑麥畝產(chǎn)仍然能達200斤以上。它還可以作為牧草，給土壤貧瘠地區(qū)帶來可觀的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。”王道文說，這些優(yōu)秀品質(zhì)讓黑麥備受農(nóng)學(xué)家的青睞。

 

　　上世紀50年代，我國科學(xué)家開始對黑麥進行研究。中國科學(xué)院院士鮑文奎于上世紀70年代育成了八倍體小黑麥。這種小黑麥在西南、西北高寒瘠薄山區(qū)得到推廣。

 

　　然而，迄今為止黑麥遺傳資源優(yōu)勢尚未得到最大限度的發(fā)揮，其中一個原因，就是黑麥基因組精細圖譜的組裝未完成，育種家往往是“知其然而不知其所以然”。只有從基因組層面對黑麥進行解析才能探索出黑麥更多的基因密碼，應(yīng)用到育種工作中，培育出更優(yōu)秀的麥類作物新品種。

 

　　“成功構(gòu)建黑麥基因組高質(zhì)量精細物理圖譜，如同為糧食作物抗逆改良研究提供了一張‘導(dǎo)航圖’。”王道文比喻道，“我們可以根據(jù)對待培育品種的性狀與功能需求，直接找到相應(yīng)的黑麥基因加以轉(zhuǎn)移和利用。”

 

　　圖譜將為小麥研究帶來什么？

 

　　這份黑麥基因組高質(zhì)量精細物理圖譜，最顯著的特點是“高質(zhì)量”和“精細”。

 

　　“相對于其他二倍體麥類，黑麥基因組更加復(fù)雜，其大小是玉米的4倍、水稻的25倍。將其完整解析后，科學(xué)家們可以迅速在80億個堿基中找到所需要的特定結(jié)點。”論文共同通訊作者、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院特聘教授楊建平說，這就如同“在南美熱帶雨林中迅速定位到一片葉子”。

 

　　在這張“導(dǎo)航圖”的指引下，通向黑麥基因“寶庫”的路徑清晰呈現(xiàn)，可以和許多育種家正在進行的工作實現(xiàn)“無縫對接”。

 

　　“這份基因圖譜將極大提升小麥育種工作的精確度和效率。”楊建平告訴記者，“比如說，我國推廣面積最大的小麥品種‘矮抗58’，體內(nèi)有2000多個基因來自黑麥。有了‘導(dǎo)航圖’，育種專家就可以對其進行精準優(yōu)化，刪除對品質(zhì)不利的基因片段，讓‘矮抗58’的整體表現(xiàn)更上一層樓。”

 

　　“目前小麥的種植范圍，還受到諸多地域環(huán)境條件的限制，在基因?qū)Ш降闹С窒拢N專家可以更好地將黑麥抗高寒、耐瘠薄等特性‘轉(zhuǎn)移’給小麥。”楊建平說，就像袁隆平培育出“海水稻”一樣，不久的未來，育種家們也有望培育出性能優(yōu)異的“高原小麥”“戈壁小麥”。

 

　　這次協(xié)同創(chuàng)新有哪些示范意義？

 

　　“這份基因組圖譜的成功繪制，既是河南農(nóng)業(yè)科研力量在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一次集中展現(xiàn)，也是國內(nèi)外科研單位協(xié)同創(chuàng)新的一次典范合作。”河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院黨委書記郭戰(zhàn)偉的話語中充滿了自豪。

 

　　一直以來，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)將補齊我省基礎(chǔ)科研“短板”視為重要目標(biāo)，把目光瞄準這一國際作物基因組學(xué)和小麥研究領(lǐng)域的重大問題，開啟科研協(xié)同創(chuàng)新攻關(guān)。

 

　　“完成項目的整個過程，就像建一幢摩天大樓。”論文共同第一作者李廣偉介紹，該項目2016年啟動，歷時4年，河南農(nóng)大作為項目牽頭方，擔(dān)任了“工程組織者”“設(shè)計師”和“主體施工者”的角色；四川農(nóng)業(yè)大學(xué)為項目提供了最可靠的研究材料“威寧黑麥”；北京大學(xué)為黑麥基因組進行了精準的轉(zhuǎn)錄組和基因表達分析；百邁客生物科技公司為項目信息分析提供了高通量測序和大數(shù)據(jù)運算支撐……

 

　　“黑麥基因組精細圖譜繪制的背后，是我省乃至全國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域科研創(chuàng)新人才團隊、平臺裝備和技術(shù)實力快速增長的體現(xiàn)。”郭戰(zhàn)偉表示，這是一次“從0到1”的突破。至此，河南不僅是國內(nèi)小麥種植大省、小麥育種強省，也在小麥基礎(chǔ)研究領(lǐng)域達到了國際一流水平。（記者 尹江勇 劉曉波）