多國合作編纂「小麥字典」:六倍體小麥基因測序完成—新聞—科學網

2020-12-06 科學網

 

■本報見習記者 任芳言

一本小麥基因組學「字典」就此誕生了。

8月17日，《科學》在線發布了一項歷時13年的研究：完整版六倍體小麥「中國春」的基因組圖譜。這一成果由國際小麥基因組測序聯盟（IWGSC）牽頭，署名作者來自20餘個國家的70多家機構。

這本「字典」能幹嗎？小麥倒不倒伏、耐不耐旱、種子是大還是小、營養價值高不高，可都和它有關。

西北農林科技大學旱區作物逆境生物學國家重點實驗室教授、2005年加入此項研究的宋衛寧告訴《中國科學報》記者，「就像破解人類基因密碼一樣，有了小麥的基因組圖譜，小麥的育種、遺傳研究就能向前推進一大步。」

不過，在眾多主要農作物裡，小麥的完整基因圖譜，可謂「千呼萬喚始出來」。作為典型的異源多倍體，小麥基因組由3套不同的基因組構成，其體量是人類基因組的5倍、水稻的40倍，破譯難度巨大。

同時，小麥基因組內的重複序列含量特高，有媒體戲稱相關研究面臨的是「噩夢般的挑戰」。

IWGSC主席、澳大利亞墨爾本大學的研究者Rudi Appels曾公開表示，做小麥基因組測序，就如同「攀登珠穆朗瑪峰」。

但「珠峰」並非高不可攀。在此之前，已有不少國家的研究者在小麥基因上「做出文章」，築起一個又一個裡程碑。

2008年，來自法國農科院的研究團隊發布了小麥染色體中最大的一條——3B染色體的物理圖譜；2013 年，中科院遺傳發育所和中國農科院作物所分別完成小麥祖先A和D基因組草圖；2017年，IWGSC宣布小麥品系「中國春」染色體物理圖譜構建完成……

宋衛寧告訴記者，早期許多科學家認為，小麥基因組測序在技術層面難以實現。但不斷湧現的研究突破，讓更多科學家看到希望，小麥全基因組圖譜的前景也逐漸明朗起來。

不過，小麥基因組體量尤其大、重複序列含量高，必須採用「分而治之」的策略。「我們採取的技術路線是，分離染色體—建立BAC（細菌人工染色體）文庫—構建物理圖譜—測序。」宋衛寧說。

首先將所有染色體依照大小、長短統一進行分離。小麥的21條染色體共分為三組，名為A組、B組和D組，每組內含有7條染色體，依照數字編碼為1A、2A、3A等，每條染色體還可拆分為長臂和短臂。

染色體最初的分離與BAC文庫的構建，由捷克的研究團隊負責，之後由IWGSC協調委員會牽頭，各國成員依照自身條件「一段段認領」，分頭完成後續的物理圖譜構建和BAC測序。

宋衛寧實驗室負責的是小麥染色體7D中的長臂。目前能夠確定這條染色體的許多區間與小麥產量、種子大小、能否抵抗銹病等性狀有密切關聯。

「這是目前六倍體小麥最完整的基因組圖譜了。」9年間帶領團隊完成任務的宋衛寧語氣略帶激動，「有了這本『參考書』，從前做不出來的實驗，現在就有可能做出來了，之前研究過的，還可以繼續做得更通透。未來我們還可以研究小麥的進化，探討基因序列與生存環境的關係，更有效率地加快小麥育種進程。」

相關論文信息:DOI:10.1126/science.aar7191

《中國科學報》 (2018-08-20 第1版 要聞)

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