人間四月,春意盎然,八百里秦川麥田碧綠如茵。明媚的春光下,孕穗期小麥隨風(fēng)搖曳,向人們演奏著豐收的樂曲。
*新數(shù)據(jù)顯示,小麥提供人類的蛋白質(zhì)超過了所有肉類的總和,中國是全球*的小麥生產(chǎn)國和消費(fèi)國。選育更多的優(yōu)質(zhì)小麥品種,是我國和全球小麥育種工作者的共同命題和期盼。
2018年8月17日,美國《科學(xué)》雜志載文稱世界上*完整版六倍體小麥“中國春”基因組圖譜完成。歷時(shí)13年,由國際小麥基因組測序聯(lián)盟(IWGSC)牽頭,來自20多個(gè)國家70多家機(jī)構(gòu)的200多位科學(xué)家參與完成的這一科研成果轟動(dòng)世界。其中,西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的宋衛(wèi)寧教授團(tuán)隊(duì)完成了其中7DL染色體物理圖譜構(gòu)建及序列破譯工作。
國際小麥基因組測序聯(lián)盟主席、澳大利亞墨爾本大學(xué)小麥育種專家魯?shù)?middot;埃培爾斯評價(jià)該研究是“征服了遺傳學(xué)的‘珠穆朗瑪峰’!”攻克這一“珠峰”的戰(zhàn)隊(duì)中,宋衛(wèi)寧團(tuán)隊(duì)是*的中國團(tuán)隊(duì)。
小麥基因有多大?它是人類基因組的6倍,是水稻基因組的40倍。有多復(fù)雜?小麥由3個(gè)不同的基因組綁在一塊的,而且是幾個(gè)不同的物種雜交在一塊,幾個(gè)基因組同時(shí)存在,其復(fù)雜程度不是簡單的成倍,3個(gè)基因組中大概90%多是相似的,僅小部分是不同的。重復(fù)序列含量有多高?人的基因組大概有50%的是重復(fù)序列,而小麥幾乎達(dá)到90%。長期以來,破譯小麥基因組,被很多領(lǐng)域的科學(xué)家認(rèn)為不可能完成。
2005年,由全球小麥科學(xué)家組成的國際小麥基因組測序聯(lián)盟向這一難題發(fā)起挑戰(zhàn)。聯(lián)盟的科學(xué)家們對“中國春”的21條染色體進(jìn)行了分離,聯(lián)盟各成員分別承擔(dān)了相關(guān)物理圖譜構(gòu)建、細(xì)菌人工染色體測序和序列的組裝與分析等工作。
這項(xiàng)國際性大協(xié)作研究工作,為何特別選用極富中國色彩的“中國春”品種?據(jù)宋衛(wèi)寧介紹,“中國春”是種植在四川省成都平原的一個(gè)地方小麥品種。早在20世紀(jì)初,由傳教士傳入西方,上世紀(jì)四五十年代,美國*學(xué)者西爾斯通過研究,從“中國春”衍生出一系列小麥染色體材料。于是,“中國春”成為小麥遺傳學(xué)*重要的遺傳材料和工具,促進(jìn)了小麥細(xì)胞遺傳學(xué)的大發(fā)展,同時(shí)也直接推動(dòng)了黑麥、大麥、燕麥等其他近緣物種的遺傳研究。
2006年2月,宋衛(wèi)寧從海外全職回到西北農(nóng)林科技大學(xué)工作,任農(nóng)學(xué)院博士生導(dǎo)師。在國外期間,宋衛(wèi)寧就積極與國際小麥基因組測序聯(lián)盟磋商,2006年7月,宋衛(wèi)寧代表西北農(nóng)林科技大學(xué)加入IWGSC,并成為該聯(lián)盟決策委員會(huì)中*的中國成員。他的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)7DL染色體物理圖譜構(gòu)建及序列破譯任務(wù),這項(xiàng)工作能夠確定“這條染色體的許多區(qū)間,與小麥產(chǎn)量、種子大小、能否抵抗銹病等性狀有著密切關(guān)聯(lián)”。除此之外,該西農(nóng)團(tuán)隊(duì)還參與了小麥全基因組兩種不同物理圖譜分析結(jié)果的整合,宋衛(wèi)寧教授的名字也因此兩次出現(xiàn)在《科學(xué)》雜志的論文作者名單中。
歷時(shí)13年的努力,20多個(gè)國家的科學(xué)家分頭完成了物理圖譜的構(gòu)建。研究人員整合了21條小麥染色體的參考序列,獲得10.7萬個(gè)基因,超過400萬個(gè)分子標(biāo)記,以及影響基因表達(dá)的序列信息。
“這是目前六倍體普通小麥*完整的基因組圖譜了。有了這本‘參考書’,從前做不出來的實(shí)驗(yàn),現(xiàn)在就有可能做出來了。之前研究過的,還可以繼續(xù)做得更通透。”宋衛(wèi)寧表示,“未來,我們還將繼續(xù)開展序列分析工作,將小麥基因組的進(jìn)化、序列與分子育種、遺傳育種結(jié)合起來,培育高產(chǎn)、抗旱、抗鹽、抗病蟲的小麥新品種以便更好應(yīng)對全球氣候變化及人口增加帶來的食品短缺挑戰(zhàn),為小麥基因組改良工作奠定基礎(chǔ)。”
“中國春”基因組圖譜的繪制完成,使科學(xué)家對小麥生長發(fā)育規(guī)律的了解發(fā)生了質(zhì)的飛躍,也為未來人類更好地利用小麥做了重要鋪墊。前不久,中國科學(xué)院院士和中國工程院院士投票評選的2018年中國十大科技進(jìn)展新聞、世界十大科技進(jìn)展新聞在北京揭曉,“歷經(jīng)13年小麥基因組圖譜繪制完成”獲評2018年世界十大科技進(jìn)展新聞。
國際小麥基因組測序協(xié)會(huì)指出,全球人口到2050年預(yù)計(jì)將達(dá)到96億,小麥產(chǎn)量需每年增長1.6%才能滿足未來需求。相信,小麥基因組圖譜的繪制完成,可幫助人類培育出更多的抗旱、抗病和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥品種。
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