| 首頁 | > 今日關(guān)注 |
打印
全球首個六倍體小麥端粒到端粒（T2T）完整基因組圖譜在山東繪就
中國完整破譯小麥“生命天書”
給“糧倉支柱”裝上基因?qū)Ш?為新品種培育按下加速鍵
如果把小麥的基因組比作一本由145億個字符寫成的“生命天書”，過去的科學(xué)家只能看到并讀懂其中零散的章節(jié),，而如今,，這本“天書”第一次被從頭到尾完整破譯。
4月7日,，來自濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室（北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院）的科研團(tuán)隊(duì)在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》發(fā)布全球首個六倍體小麥端粒到端粒（T2T）完整基因組圖譜,，完成對小麥全部21對染色體頭尾無缺口精準(zhǔn)拼接,，標(biāo)志著人類對小麥這一“糧倉支柱”的認(rèn)知邁入無盲區(qū)時代。這項(xiàng)被比喻為“給小麥裝上基因?qū)Ш健钡耐黄?，將為高產(chǎn),、抗病、耐旱,、耐鹽的新品種培育按下加速鍵,。
登頂“植物界珠峰”
作為最古老的糧食作物之一，小麥的基因組堪稱“植物界的珠穆朗瑪峰”,，它的遺傳密碼總長達(dá)14.51Gb,，含145億個堿基，是水稻的40倍,、人類的5倍,，更擁有三套既高度同源又有明顯分化的亞基因組，如同三套被撕碎后混成一堆的百科全書,。尤其讓科學(xué)家頭疼的是,，基因組中近85%是重復(fù)序列，就像把同一段文字復(fù)印了成千上萬次后胡亂拼貼,，傳統(tǒng)測序技術(shù)如同拿著模糊的放大鏡,，始終無法看清全貌。
“過去我們只能通過零碎的基因組片段推測小麥的生命邏輯,，現(xiàn)在終于有了完整清晰的圖譜,。”濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室（北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院）主任鄧興旺說,。
為了把這本小麥“生命天書”拼接完整,，鄧興旺組建了一支21人的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，集合了測序技術(shù)專家,、生物信息學(xué)家和育種專家，歷經(jīng)兩年多艱苦攻關(guān),，終于在2023年8月繪制出完整圖譜,，實(shí)現(xiàn)“珠峰登頂”。
基因組測序是解析生命密碼的關(guān)鍵技術(shù),。在繪制圖譜過程中,，科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地融合兩種前沿測序技術(shù)：PacBio HiFi測序技術(shù)如同超高精度顯微鏡，能夠精準(zhǔn)讀取2萬個堿基長度的DNA片段,；ONT超長測序技術(shù)則如同全景廣角相機(jī),，單次測序長度可突破20萬個堿基。為突破數(shù)據(jù)運(yùn)算瓶頸,，山東省政府專項(xiàng)支持?jǐn)U容升級超級計算機(jī)中心,，為基因組組裝提供了強(qiáng)大的算力保障。
為小麥編寫“免疫程序”
濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室（北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院）研究員陳時盛長期致力于小麥抗病遺傳育種實(shí)驗(yàn)，借助全新基因組圖譜,，他的團(tuán)隊(duì)剛完成一個抗病基因的定位克隆,。“在以前版本的參考基因組圖中,，有些基因所在的染色體區(qū)域存在組裝錯誤,，一度使課題研究迷失方向、陷入僵局,?！标悤r盛形象地比喻，“這份圖譜為小麥遺傳研究裝上了完整版的導(dǎo)航系統(tǒng),，我們可以精準(zhǔn)定位基因在染色體上的坐標(biāo),，快速鎖定候選基因，顯著縮短研究周期,?！?/p>
最復(fù)雜的難題往往藏著最珍貴的寶藏?！坝辛送暾驁D譜,，我們第一次能精準(zhǔn)定位控制抗病、高產(chǎn)等性狀的‘開關(guān)’,?！闭撐墓餐髡吆魏窖芯繂T展示了3.4萬個過去未被發(fā)現(xiàn)的高置信度基因。例如,，一批NLR抗病基因的識別,，讓科學(xué)家能像編寫“免疫程序”般設(shè)計抗病的小麥。
這項(xiàng)研究成果還帶來了一系列顛覆性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)：小麥從四倍體升級為六倍體時,，基因組發(fā)生過23次“乾坤大挪移”,，總計5.18億堿基的染色體倒位，暗示著小麥祖先在進(jìn)化中不斷“試錯重組”,，最終篩選出最優(yōu)版本,；占基因組大頭的重復(fù)序列也并非“垃圾文件”，其中隱藏著小麥進(jìn)化的“生存智慧”,，海量的遺傳變異素材使其能夠在氣候變化和病蟲害威脅中“見招拆招”,。
給種子裝上“中國芯”
作為全球最重要的糧食作物，小麥年產(chǎn)量已接近8億噸,，養(yǎng)活了全球35%以上的人口,。隨著中國科研團(tuán)隊(duì)將完整基因組數(shù)據(jù)向全球開放共享，人類在馴化小麥一萬年后,，終于真正讀懂了這位“老朋友”的生命密碼,。
這項(xiàng)成果也被視為應(yīng)對糧食危機(jī)的“科技盾牌”,。隨著全球氣候變化加劇，極端干旱,、高溫和新型病原體頻發(fā),，小麥主產(chǎn)區(qū)的穩(wěn)產(chǎn)壓力陡增?！巴暾蚪M就像一套‘應(yīng)急預(yù)案庫’,，我們可以快速找到讓小麥耐旱、耐鹽的基因組合,，設(shè)計出適應(yīng)更惡劣環(huán)境的‘未來小麥’,。”鄧興旺告訴記者,，通過掌握雜交小麥技術(shù)制高點(diǎn),，團(tuán)隊(duì)正在培育兼具抗病、高產(chǎn),、優(yōu)質(zhì)特性的突破性新品種,，目前已開發(fā)出20余項(xiàng)核心專利技術(shù)。
正如鄧興旺所言：“讀懂小麥的基因組,，就握緊了糧食安全的命脈,。”這場已持續(xù)數(shù)十年的“基因解碼戰(zhàn)”,，不僅讓中國在國際農(nóng)業(yè)科技競爭中搶占先機(jī),，更讓“中國飯碗”裝“中國糧”的底氣更足。（記者 王佳聲 張蓓）