(四川在线)破译青青草地的“生命天书” 我国首次在牧草领域完成的第一个基因组测序

2020-01-13 09:44:25作者:张喆 记者 李丹 来源:宣传统战部 点击数:

  

四川在线消息(张喆 记者 李丹)在我国西南地区海拔1600-3100m的森林边缘地带及山坡草地上,有一种其貌不扬的草,名叫“鸭茅”,它是世界四大广泛栽培的禾本科牧草之一,不仅可用于青饲、青贮或调制干草,还因适应能力强,抗旱,耐瘠薄,在边际土地及石漠化深度贫困区草牧业发展中发挥着重要作用。20年来,四川农业大学张新全教授团队把研究对象聚焦这小小的鸭茅草。

1月9日,记者从四川农业大学获悉,经过不懈努力,日前张新全团队完成了鸭茅全基因组测序工作。这是我国首次在牧草领域完成的第一个基因组测序,将为选育出更多优质、高产、适应性强的牧草提供有力保障。

20年磨一剑

长期以来,科研工作者主要运用传统育种方法改良鸭茅的产量、品质和抗性,但效率较低,一个新品种的培养大概需要15年时间。随着科技的进步,借助分子育种的新技术,利用分子标记辅助选择技术(MAS)和基因编辑技术可大大加快育种进程,把育种周期缩短为8-10年。这都需要鸭茅的基因组信息库作为支撑才能实现。

“一切从零开始!”2000年,即使当时在传统育种领域已经是国内领先水平,但张新全教授毅然带领团队投身构建鸭茅基因组信息库的新领域中。

由于牧草基因组大、重复序列及杂合度都较高,这增加了基因组序列构建的难度,且我国尚未有牧草基因组的相关报道,无成功经验可借鉴。“风里来雨里去,已是家常便饭。”要构建基因组信息库,必须收集到丰富的种质资源。除了在全球范围内征集,野外采集也必不可少。鸭茅成熟期一般在7月份,冒着烈日、狂风、大雨采集也是常事,甚至还曾遇到毒蛇、迷路、汽车抛锚等不可预知的危险。

珍贵的材料来之不易。2017年7月,张新全教授带领团队前往泥巴山采集鸭茅材料,路上突遇暴雨,山洪爆发,一些山路被冲垮。来不及多想,一行人立马下车,穿上雨衣,徒步向深山进发,只为不耽误研究进程。在深山里走了3个多小时,最终凭借张新全教授丰富的野外采集经验,终于找到泥巴山二倍体野生鸭茅材料,为基因组测序提供了重要材料。

经过长期不断试验,采用测序新技术,融合生物信息学,鸭茅的全部40088个基因终于如同一幅画卷在团队眼前徐徐展开。

质量提高50倍

2019年6月,张新全教授团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为《鸭茅参考基因组组装为其系统进化和开花分子机制提供新的见解》的研究论文,首次公布了鸭茅的高质量参考基因组,是我国第一个公布的牧草参考基因组。

“这是一个质量较好的鸭茅基因组数据库,其相关质量指标是黑麦草基因组的50倍以上。”该论文第一作者黄琳凯教授表示,此前牧草领域全球范围内仅有三叶草和黑麦草基因组数据库。

鸭茅基因组包含了40088个基因,其中有1173个基因家族是鸭茅特有基因。这些特有基因大多和草类植物适应能力强、抗旱耐寒相关。通过比较发现,鸭茅和小麦较为近缘。因此,这些基因资源也可用于近缘作物小麦抗寒、抗旱等品质的遗传改良技术中。

如今,鸭茅基因组数据库已经开始在科研工作中发挥作用。数据库网站已于2019年8月上线,访问量近5000次。目前已有包括复旦大学、新西兰皇家科学院农业研究所等在内的中外学者访问网站,进行相关基因位置及表达的查找。

新闻链接:https://sichuan.scol.com.cn/amsc/202001/57451939.html

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