世界首个六倍体小麦基因组图谱完成承担实质性研究彰显中国智慧

发布时间:2023-08-20 作者: 齐发官网登陆

  小麦作为全球上最重要的三大粮食作物之一,全球总产量仅次于水稻总产量排在第2位,以小麦为主要粮食的人口约占全球人口的40%。随着近代基因组学的加快速度进行发展,水稻和玉米的基因组纷纷被世界各国破译,推动了水稻和玉米的基础和分子育种研究。因为小麦基因组很复杂,在整个世界被公认为一项“不可能完成的任务”,所以小麦成为唯一一个没有完全被破译的物种。

  根据联合国粮食及农业组织(Fao)估计,到2050年全球人口将增至96亿,想要养活这么多人口,全球小麦的总产量要增加60%~70%。因此,小麦基因育种成为中国和全球小麦育种工作者想要攻克这位遗传学中的“珠穆朗玛峰”,但是想要实现基因组育种就一定得完成小麦全基因测序。2005年,英法等国科学家成立了国际小麦基因组测序联盟,并号召全球科学家组织协作开展小麦基因组测试,来自20多个国家的200多位科学家共同参与。我国宋卫宁教授在2006年7月正式加入该联盟,并成为联盟决策委员会唯一的中国成员。

  宋卫宁教授和记者说:“小麦基因组十分复杂又很特殊,因为其庞大的基因组成为测序最大的难关;小麦基因组比人类的基因组要复杂得多,是人类基因组的6倍,水稻基因组的40倍;可想而知有多复杂,三个不同的基因组绑在一起、几个不同的物种相互杂交,其复杂程度不是简单的翻倍。三个基因组中大概只有10%左右是不同的,需要重复的序列非常高;人体的基因组大概有50%是重复序列的,而小麦几乎达到了90%以上。如此复杂的基因组工程不是一个实验室或一个国家就能完成的,现在通过开展广泛的国际合作,一起来努力攻克这一项“不可能完成的任务”。”小麦极其复杂的基因组充满挑战性,虽然不被看好,但是执着的科学家们还是开始了小麦基因测序这项工程。

  小麦基因组测序所选用的材料是来自我国四川省成都平原的一个小麦品种名叫“中国春”,。早在20世纪初我著名学者希尔斯通过研究“中国春”衍生出一系列小麦染色体材料,成为了小麦遗传学最重要的材料和工具,促进了小麦遗传学发展的同时也推动了黑麦、大麦、燕麦等其他近缘物种的遗传研究。

  联盟的科学家们对“中国春”的染色体进行了分离,各联盟成员分别承担了相关物理图谱构建、细菌人工染色体测序和序列的组装与分析等工作。而我国宋卫宁教授团队,承担了其中7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。宋卫宁教授介绍说,小麦7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作是一个全新的探索,无经验,仅7DL染色体的大小就远超于相应的水稻基因组。在破译的过程中,小组成员绝对没节假日没有暑寒假的概念,全身心投入海量数据的测序和破译工作,经过10年的不懈努力,终于完成了破译工作。

  直到2018年8月17日,历时13年,世界上首个6倍体小麦基因组图谱完成,此消息一出轰动世界。国际小麦基因组测序联盟主席、澳大利亚墨尔本大学小麦育种专家鲁迪.埃菲尔斯评价该研究是征服了遗传学的“珠穆朗玛峰”。

  宋卫宁教授说:“有了小麦基因组图谱,研究人员就可以很容易、快速、得找出控制某个性状的目标基因并鉴定他的优异,未来还将继续开展序列分析工作,将小麦基因组的进化、序列与分子育种、遗传剧种结合起来,培育的小麦新品种将具有高产、抗旱、抗盐、抗病虫的特性,更好应对全球气候变化及人口膨胀带来的食品短缺的挑战,为小麦基因改良工作奠定基础。