8月12日—14日,第十屆全國小麥基因組學及分子育種大會在煙臺舉行。會上,煙臺大學教授宋建成向全國1000多位專家學者宣布了一個令人振奮的消息:煙臺大學生命科學學院與煙臺吉恩生物技術有限公司經過8年的研究,於近期完成了國內首個小麥近飽和突變基因庫的構建。該基因庫的建立,對加快我國小麥功能基因組學研究和分子育種步伐、保障國家種子和糧食安全具有重要意義。
煙臺大學東南角,鐵絲網圍起來的三畝地,幾間平房,就是宋建成的實驗田和實驗室。2011年,宋建成入選山東省「泰山學者海外特聘專家」,並被煙臺大學聘為教授。為了方便其做研究,學校把這片準備蓋樓的地拿出來給宋建成做了試驗田。「這裡有各種性狀的小麥,高矮胖瘦,抗病抗旱搞倒伏……這些不同性狀都是由基因控制的。樓下倉庫裡還有20000多份小麥種子樣本。」8月20日,記者見到宋建成的時候,他正在實驗室樓頂整理小麥樣本,各種各樣的小麥植株擺滿了架子。
「像這個樣本從原來的80釐米變成15~20釐米高,說明它的『長高基因』被『關閉』了,據此可以解析這個基因,並用它培育矮杆抗倒伏的小麥品種。」宋建成告訴記者,小麥有110000個基因,他的團隊經過8年的努力已經拿到了100700個,涵蓋了98%的小麥基因,預計年底能涵蓋99.5%。「近飽和」的意思是,已經幾乎窮盡所有可能。
要「識別」出某一條具體基因並不容易。他們先通過化學方法誘使小麥基因產生突變,再綜合利用全外顯子組測序技術及大數據生物信息分析技術進行基因識別。「數據是非常龐大的。打個比方:一個文檔約有幾Kb,一張圖片約有幾Mb,而測定一個小麥樣本的原始數據就有20個Gb,而我們計劃測定1000個樣品。要想分析這些數據,要用到天河計算機。」宋建成告訴記者,在以前,用人工方式篩選,一個碩士研究生到畢業能篩選出1個基因就不錯了。而利用經典的方法,克隆一個基因則需要3-5年,甚至更長。正所謂「一個基因,熬老一個博士後」。
突變基因庫的建立,相當於一個小麥基因方面的「國家圖書館」。從事小麥基因研究的農科院、高校和育種公司,都可以快速地從中「查閱」到相關基因,並拿到相關種子樣本。利用這些基因進行分子育種,可以將傳統育種七八年的育種周期縮短三四年,從而加快小麥育種步伐。國際上只有美國加州大學Davis分校與英國John Innes研究所合作於2017年進行了突變基因庫的研究,目前也只能涵蓋90%的小麥基因。
為了說明建立基因庫的重要意義,宋建成給記者舉了個例子:最原始的基因研究是在水庫邊釣魚,釣到什麼是什麼;近年來採用的基因編輯技術就像是使用了用雷達,可以定向探測到所要的鯉魚、鏈魚;而突變基因庫的建立,相當於把水庫抽乾,給每一條魚都分門別類、貼上標籤,可以隨時拿出任何一條目標魚。
小麥基因組學及分子育種大會期間,中國科學院植物所、中國科學院遺傳發育研究所、山東農業大學、河北農業大學、中玉金標記(北京)生物技術公司等科研院所和企業紛紛主動與公司洽談產品購買和聯合開發事宜。
煙臺大學生命科學學院與煙臺吉恩生物技術有限公司開發的全國首個小麥突變基因庫將於近日開通網際網路線上查詢與服務。他們計劃與中國農業科學院及國內其他研究單位聯合建設世界最大的小麥突變基因庫,並組建產業聯盟,為全國小麥分子育種單位提供更好、更優秀的服務,引領和保持我國小麥基因創新領域在國際上的先進地位。