我院主导的国际科研团队在马铃薯基因组学研究中取得重大进展
7月15日,我院举行“马铃薯基因组研究成果发布和座谈会”,正式发布由我院蔬菜所主导、14个国家97名研究人员组成的“马铃薯基因组测序国际协作组”完成的马铃薯全基因组序列图和生物学分析研究成果,该成果于7月14日由国际权威学术期刊《NATURE(自然)》杂志以封面论文形式发表。会议由我院副院长唐华俊主持。宁夏回族自治区副主席屈冬玉博士,国家财政部科教文司高慧女士,科技部国合司陈霖豪副司长、汪蓉芳处长,科技部基础司杨旭东先生,农业部科教司石燕泉副司长、张文处长,国家自然科学基金委员会国合局常青局长,我院科技局王小虎局长、国际合作局贡锡锋副局长,蔬菜所方智远院士、全体所领导、蔬菜所及深圳华大基因研究院组成的科研团队,以及国内13家新闻媒体的记者等共80余人参加了座谈。与会领导和专家对马铃薯基因组学科研团队的成果表示祝贺和充分肯定,希望他们再接再厉,做出更大成绩。
马铃薯基因组研究成果,是由国际协作组经过6年艰苦努力共同完成的。我院蔬菜花卉研究所、深圳华大基因研究院等组成的中国马铃薯基因组项目团队在此项成果中发挥了重要作用。中国作物学会马铃薯专业委员会主任委员屈冬玉博士是国际协作组的发起人和中方项目主持人,中方首席科学家中国农科院蔬菜所黄三文博士是论文三名通信作者之一。在项目执行过程中,中方团队实现了从参与到主导的跨越,奠定了我国在马铃薯基因组研究领域的国际领先地位。
马铃薯作为世界第三大粮食作物,对于粮食安全的作用日益突显。我国尽管已是世界上最大的马铃薯生产国,目前面积已经接近9000万亩,总产量约900亿公斤,但单产水平仅为每亩1000公斤,只有先进国家的1/3。为了突破当前马铃薯传统育种瓶颈,开展马铃薯全基因组测序和生物学分析,走全基因组分子设计育种之路是非常必要的。2004年7月,屈冬玉博士和荷兰瓦赫宁根大学的两名教授共同发起筹划成立马铃薯基因测序国际协作组,2006年正式开始工作。2006-2008年底,协作组遇到了二倍体马铃薯基因组高度杂合、物理图谱质量不高、测序成本高等难以克服的困难,项目举步维艰,协作组濒临解散。在这种情况下,中方团队另辟蹊径,提出了一套新的策略,即以单倍体马铃薯为材料来降低基因组分析的复杂度,并采用快捷的全基因组鸟枪法策略和低成本的新一代的DNA测序技术。这一策略的改变大大加快了整个项目的进程,中方团队于2009年完成了单倍体马铃薯基因组的测序、拼接和注释工作。在这种形势下,国际协作组放弃了原有二倍体基因组测序的技术路线,把绝大部分资源聚集在中方主导的单倍体基因组测序项目上,并于2009年9月23日宣布了全基因组序列图的完成。
在序列图的基础上,协作组又花了近两年时间对马铃薯基因组进行了细致的生物学分析。分析结果表明:马铃薯基因组共包含约3.9万个基因,在进化过程中经历了两次全基因组复制。马铃薯是通过薯块繁殖的,属于营养繁殖作物,具有严重的自交衰退现象,对基因组的分析初步揭示了马铃薯自交衰退的基因组学基础。通过比较基因组分析,发现了薯块生长发育和病虫害抗性的重要基因。此外,马铃薯基因组也为进一步了解双子叶植物的进化路径提供了分子生物学新知识。
下一步,协作组将开展马铃薯全基因组遗传变异图谱的构建和分子设计育种体系的开发并与常规育种的结合,加速培育具有我国自主知识产权的优良品种。