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                          【羊城晚报】找回栽培稻丢失的功能基因

                          2022-07-21 03:08:00来源: http://ep.ycwb.com/epaper/ywdf/html/2022-07/19/content_692_511074.htm

                          【字体:

                            

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                          抗病、抗虫、耐淹、耐寒、氮高效……在水稻培育追求“高产”的过程中,很可能会丢失一些重要的基因,水稻品种“多样性”减少。如何找回稀缺的基因资源,以更好地研究稻属的遗传变异,成为深圳数位科学家的研究课题。


                          近日,《细胞生物学(CellResearch)》杂志上发表了由中国农业科学院深圳农业基因组研究所(下称“基因组所”)牵头组织,与中国农业大学、南京农业大学、中国水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所等单位联手完成的稻属超级泛基因组,助力水稻种质资源遗传变异挖掘和利用。


                          面向全球收集水稻核心种质资源


                          世界上近一半人口,食用水稻去壳后的大米。考古学研究成果揭示,人类最早栽培水稻的历史距今已有逾1万年。“水稻在培育过程中‘多样性’持续减少,更侧重于‘高产’势必会丢失很多重要的基因,比如抗病、抗虫、抗旱、氮高效等。”在接受羊城晚报采访时,该研究的钱前院士团队成员、第一作者、基因组所研究员商连光认为,水稻不仅仅是要高产,更要适应复杂多变的生态环境,如果未来全球气候异常,遇到突发的忽冷忽热天气,侧重高产的水稻一时之间无法承受,最严重的后果是颗粒无收。


                          稻属包括亚洲栽培稻和非洲栽培稻两个栽培种,它们分别从普通野生稻和短舌野生稻驯化而来。在水稻基因组学研究上,中国一直走在世界前列。20年前,中国科学家独立绘制完成并成功“解读”了水稻基因组序列,这也是人类第一次在基因组层面认识了水稻。5年间,中国科学家已完成构建4个水稻泛基因组。


                          泛基因组,是一个物种内所有基因组信息的总和。该研究的第一作者、基因组所博士后贺慧英表示,该项研究通过地理分布来源、基因型和表型变异精心选择了具有高度代表性的251份水稻材料,其中包括了202份亚洲栽培稻核心种质材料、28份普通野生稻、11份非洲栽培稻和10份短舌野生稻。


                          为了把“关键基因”找回来,拓宽水稻的多样性,钱前院士团队等科研人员面向全球收集水稻种质资源,系统地评估不同的表型。“有的耐水淹,有的氮高效,有些高产但品质不好,有些品质好但不高产,我们把这些水稻种质梳理起来,为后续研究提供便利。”目前,科研人员将这251份水稻资源种植在深圳市大鹏新区的中国农业科学院深圳综合试验基地。这些水稻之间株型差异甚大,最高的2米,最矮的仅70厘米,都是非常具有代表性的全球核心种质资源。


                          商连光等人尝试将水稻“关键基因”找回来


                          构建全链条的人工智能育种体系


                          “保障国家粮食安全,第一个要做到的就是种源自主可控,好的种子在高产的同时,还要具备各种优良的性状,比如更有营养、更多抗。”商连光介绍,通过对251份水稻材料全部测序,可以很清楚的看到哪个品种里面带着什么基因,从而快速地聚合育种。


                          在以往,研究人员主要是靠经验、表型观察和不断地尝试把两个水稻品种做杂交,以实现基因克隆和种质创新,过程往往耗费很多年。而如今,基于系统的超级泛基因组,可以快速克隆基因并组合。论文第一作者,助理研究员袁巧玲举例,A品种抗病,B品种耐淹,可以通过一些手段,创造新的既抗病又耐淹的种质资源。


                          在技术创新方面,研究团队还构建了一个技术体系,这是一种人工智能的育种体系,涵盖种质资源收集、基因组测序、基因挖掘、智慧育种等全链条。“这个技术体系是领先全国的,并且也适用于其他作物。”该研究的第一作者、在读博士生李笑霞告诉记者,以往基因组拼接过程中,存在耗时、耗力、成本高等问题,而通过团队人员阮珏团队自主研发的全基因组组装软件(WTDBG),可以快速高效地组装成完整的基因组。


                          该研究的并列第一作者魏昭然认为,结合这项研究所取得的高质量组学数据,育种人员还可充分利用这251份水稻资源,进行优异基因聚合,创制新的育种材料,实现更高水平的分子设计育种,加速完成将更多优质、高产、广适、绿色水稻的良种材料把握在自己手中的使命。


                          研究人员在观察水稻长势


                          251份水稻种植在中国农科院深圳综合试验基地


                          新品种新成果新突破不断涌现


                          种业,被誉为农业的“芯片”。“产学研用”紧密结合,是推动生物育种向产业化迈进的关键。深圳是全国最早发展生物育种产业的城市之一,目前已初步形成“育繁推一体化,产学研相结合”的现代种业体系,新品种、新成果、新突破不断涌现。


                          根据《广东省推进农业农村现代化“十四五”规划》,深圳在农业科技创新工程、“粤强种芯”工程等方面承担着重要使命,提出支持深圳打造农业科技创新先行示范区,加快打造深圳国际种业硅谷(中心)。“深圳虽然没有农民,但可以引领农业的发展,充分发挥高科技农业的创新优势。”商连光认为,研究团队的成果还能推动个性化食品的定制。比如功能性食品,一些糖尿病患者,对大米淀粉含量有要求,通过基因组合,实现更为个性化的食品定制。


                          记者从基因组所了解到,研究所致力于推动科研成果转化落地,已通过直接持股或间接持股的形式成立16家企业,在2019年成立了中农投控集团作为基因组所科技转化、产业经营的主体单位,采用市场化的创新模式为基因组所进行科技成果转化及产业经营。代表性企业有中农美蔬(深圳)科技有限公司等。


                          成立于2021年03月的中农美蔬,主要基于消费者体验利用全基因组设计育种技术进行美味番茄等蔬果新品种的培育。中农美蔬通过自主研发功能性蔬果产品,打造具有品牌效应的高科技农业技术企业,开创了“从消费者需求出发,通过种子到田间再回到消费者”的全产业链技术集成服务模式。中农美蔬备受投资机构青睐,目前已获得IDG等投资机构700万元的天使轮投资,推出深爱系列番茄新品种7个,并已在广东省韶关市、河源市、江西省赣州市等地相继推广种植,预计在今年年底完成第二轮融资。


                          中农美蔬推出深爱系列番茄新品种


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