大公网8月20日讯(记者 李阳波)记者20日从西北农林科技大学获悉,世界权威期刊《科学》杂志近日在线刊发题为“Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome”的研究论文,这也标志着世界上首个六倍体小麦基因组图谱终于绘制完成。
宋卫宁研究团队
据悉,该图谱由来自20多个国家和地区70多个机构的200多名科学家,历时10余年完成,堪称是研究小麦最权威的“字典”和“密码本”,将帮助科研人员更好地掌握小麦的生长发育规律。而作为中国唯一参与并承担实质性研究工作的团队,西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室宋卫宁教授团队,完成了其中7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。
历经十年完成7DL染色体序列破译
据介绍,小麦作为世界各地最为广泛种植的谷物之一,是全球近4成人口日常食用的主粮,它的持续增产和稳产,关系世界粮食安全。然而相对于其他作物,小麦却是唯一一个尚未完成全基因组测序的物种。因为小麦基因组体量庞大,是人类基因组的5倍,是水稻基因组的40倍,同时又是作为典型的异源多倍体基因组,重复序列极高。
为了获得面包小麦的高质量基因组序列,为培育优良小麦品种提供科学支撑,从2005年开始,国际小麦基因组测序联盟将普通小麦品系“中国春”的21条染色体进行了分离,并构建了相应的细菌人工染色体文库,后续的物理图谱构建、细菌人工染色体测序和序列的组装与分析,则由联盟各成员分担。
据悉,2005年成立的国际小麦基因组测序联盟,由全世界20多个小麦主要生产国的科学家组成,并长期致力于协作开展小麦基因组测序工作。2006年7月,宋卫宁团队正式加入该联盟,并成为联盟决策委员会唯一中国成员。随后,在西北农林科技大学500万科研经费的支持下,宋卫宁团队构建了小麦基因组学科研平台,正式开展小麦7DL染色体物理图谱构建工作。
据宋卫宁介绍,小麦7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作是一个全新的探索,没有经验可循,仅7DL染色体的大小,就相等于整个水稻基因组。但物理图谱构建及序列组装、分析和破译的工作量,要远远超过相应的水稻基因组。团队自承担任务以来,投入大量的人力,参与的师生几乎放弃了全部的节假日和寒暑假,十年如一日,在国家“863”和其它项目的支持下,历经10年的不懈努力,终于完成了7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。
改良小麦基因培育小麦新品种
世界首个六倍体小麦基因组图谱完成,是全球200多位科学家共同协作的成果。有媒体在评价该项工作时,甚至用征服遗传学的“珠穆朗玛峰”来形容。而来自中国高校的宋卫宁团队,不但负责了7DL染色体的分析工作,还参与了小麦全基因组两种不同物理图谱分析结果的整合,其名字亦在这篇论文作者名单中出现了两次。
据了解,宋卫宁教授目前正在主持国家自然科学基金国际合作项目“优异抗旱小麦种质的筛选、相关基因挖掘及育种利用”,十三五国家重点研发项目子课题“小麦重要基因单倍型分析”和“小麦重要性状的功能基因组与调控网络”,农业部948项目“国际干旱地区农业研究中心优异抗旱耐盐小麦种质资源的引进与利用”等多个项目。对于下一步的工作,宋卫宁表示,团队将继续开展序列分析工作,将小麦基因组的进化、序列与分子育种、遗传育种结合起来,培育高产、抗旱、抗盐、抗病虫的小麦新品种,更好应对全球气候变化及人口膨胀带来的食品短缺的挑战,为小麦基因组改良工作奠定基础。