日前,國際權威學術刊物《自然·遺傳學》(Nature Genetics)在線發表了由福建農林大學教授尤民生等撰寫的小菜蛾(左圖為幼蟲,右圖為成蟲)基因組研究成果的論文。這標誌著中國在「小菜蛾基因組」這項課題中取得重大突破,同時也表明我國在這一研究領域處於國際領先地位。
小菜蛾是什麼?破解小菜蛾基因組對於中國乃至世界具有什麼樣的意義?為此,記者專訪了小菜蛾基因組的項目主持人尤民生。
蔬菜殺手
小菜蛾有強大的破壞和抗藥能力,每年令全球蔬菜生產損失數十億美元
小菜蛾又名小青蟲、兩頭尖、吊絲蟲等,屬鱗翅目菜蛾科,是白菜、花椰菜、芥菜、蘿蔔等十字花科蔬菜的「頭號殺手」。
小菜蛾之所以能夠成為「頭號殺手」,主要是因為它繁殖能力強,在我國南方每年可發生15—20代。世代越多,防控越難,尤其難以利用生物防治的方法進行防治。而十字花科蔬菜多數是換茬頻率很高的種類,難以建立穩定的生態系統。
其次是小菜蛾分布範圍廣、抗藥能力強。據專家介紹:小菜蛾不僅對於十字花科蔬菜自身產生的化學防禦物質具有免疫能力,而且對於人類製造出來的各種化學或生物藥劑也有極強的解毒能力。早在上世紀40年代DDT出現後,僅過了10年左右,小菜蛾便在昆蟲界第一個產生抗藥性。到了上世紀90年代,小菜蛾又是第一個對生物農藥蘇雲金芽孢桿菌的毒素產生抗性。
如此強大的生存能力,也就意味著強大的破壞能力。據統計,目前十字花科蔬菜是中國種植面積最大的一類蔬菜,特別是在我國長江流域及其以南的地區,全國每年種植面積大約1.3億畝,佔中國大陸蔬菜種植面積和產量的50%左右。小菜蛾強大的破壞能力和抗藥能力,給我國以及其他國家或地區的蔬菜生產造成嚴重影響。據研究者統計,全世界每年因小菜蛾造成的損失和防治費用已高達40億—50億美元。
強強聯合
聯手華大基因研究室填補設備短板,基因組數據質量獲國際認可
通過基因組解密來尋求最終破解小菜蛾防治之道,一直是世界各國農業科學界內激烈競爭的戰場。福建農大一直在摸索。
2009年福建農大正式發起小菜蛾基因組研究時,國內有幾個單位也在準備這項課題;而國外的英國、日本等研究人員也躍躍欲試。此時的福建農大研究人員選取了一條「強強聯合」的捷徑——與深圳華大基因研究院——基因測試研究實力位居國際前列的研究機構合作研究。
選擇與華大基因研究院合作,還因為華大已經購置了新一代的測序設備,大大降低了研究成本投入。在此之前,採用第一代設備開展基因組研究,投入成本極高,這也成為影響國際上小菜蛾基因組研究步伐的重要因素。在有了條件之便後,福建農大的研究人員籌措了400萬經費義無反顧地開始了與華大的「強強聯合」。
對於華大基因研究院來說,福建農大同樣是一個可靠而實力超群的合作夥伴。早在2004年,尤民生團隊就已開始收集培育小菜蛾敏感品系,到2009年時他們已培育了100多代。正當尤民生礙於技術條件,守著如此豐富的試驗樣本而不知從何下手時,華大基因研究院的東風讓尤民生團隊在這場國際戰役中笑到了最後。
其間,英國劍橋大學的研究者得知福建農大的研究進程後,也主動要求加入了他們這個團隊;日本學者還曾在網上公布了他們的小菜蛾基因組數據,但從實際公布的研究成果看,「我們破譯出來的小菜蛾基因組質量要遠遠超過日本學者公布的數據。」尤民生坦言。所以這項科研成果的智慧財產權也被國際認定是中國所有。
未來方向
基因組破譯提供研究捷徑,或可實現無害生物農藥防治小菜蛾
此次福建農大尤民生教授團隊的研究重點是破解兩道課題,一是小菜蛾與十字花科蔬菜的協同進化關係;二是小菜蛾抗藥性的適應進化原理。換句話說,就是要從基因組中搞明白為什麼小菜蛾只吃十字花科蔬菜、它為何如此抗藥?
據尤民生介紹:按照國際權威學術期刊《自然·遺傳學》論文評閱人的評價,他們的研究成果「雜合基因組揭示了小菜蛾的植食性和解毒能力」,將為「農業害蟲的可持續控制提供新的理論依據和技術途徑」。
目前,尤民生團隊已開始了第二階段的研究。「小菜蛾基因組的破譯,就好比是為有關人員提供了一本字典或一張地圖,藉助它就可快捷地向最終目標推進。我們希望利用基因工程技術,實現使用無害生物農藥或者少用化學農藥就可防治小菜蛾。」
據了解:目前福建農大的這項研究成果已得到福建省政府的重視,並準備給予支持,加速推進從基礎研究向實用技術轉化。「只要技術難關突破,時間應該不會太久。」尤民生說。