2011年7月14日,國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然(Nature)》發(fā)表了馬鈴薯全基因組序列圖和生物學(xué)分析的封面論文。此項(xiàng)成果是由14個(gè)國(guó)家29個(gè)單位的97名研究人員組成的“馬鈴薯基因組測(cè)序國(guó)際協(xié)作組”經(jīng)過(guò)6年艱苦的努力共同完成的。由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所、深圳華大基因研究院等組成的中國(guó)馬鈴薯基因組項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在此項(xiàng)成果中發(fā)揮了重要作用。中國(guó)作物學(xué)會(huì)馬鈴薯專業(yè)委員會(huì)主任委員屈冬玉博士是國(guó)際協(xié)作組的發(fā)起人和中方項(xiàng)目主持人,中方首席科學(xué)家中國(guó)農(nóng)科院蔬菜所黃三文博士是論文三名通信作者之一。華大基因徐訊等年青人組成的生物信息小組在項(xiàng)目中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中,中方團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從參與到主導(dǎo)的跨越,奠定了我國(guó)在馬鈴薯基因組研究領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。
2004年7月,由荷蘭瓦赫寧根大學(xué)Evert Jacobsen教授、Richard Visser教授和屈冬玉博士共同發(fā)起籌劃成立國(guó)際協(xié)作組,2006年正式開(kāi)始工作。2006-2008年底,協(xié)作組遇到了二倍體馬鈴薯基因組高度雜合、物理圖譜質(zhì)量不高、測(cè)序成本高等難以克服的困難,項(xiàng)目舉步維艱,協(xié)作組瀕臨解散。在這種情況下,中方團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,提出了一套新的策略:以單倍體馬鈴薯為材料來(lái)降低基因組分析的復(fù)雜度,并采用快捷的全基因組鳥槍法策略和低成本的新一代的DNA測(cè)序技術(shù)。這一策略的改變大大加快了整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)程,中方團(tuán)隊(duì)于2009年完成了單倍體馬鈴薯基因組的測(cè)序、拼接和注釋工作。在這種形勢(shì)下,國(guó)際協(xié)作組放棄了原有二倍體基因組測(cè)序的技術(shù)路線,把絕大部分資源聚集在中方主導(dǎo)的單倍體基因組測(cè)序項(xiàng)目上,并于2009年9月23日宣布了全基因組序列圖的完成。
在序列圖的基礎(chǔ)上,協(xié)作組又花了近兩年時(shí)間對(duì)馬鈴薯基因組進(jìn)行了細(xì)致的生物學(xué)分析。分析結(jié)果表明:馬鈴薯基因組共包含約39,000個(gè)基因,在進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)歷了兩次全基因組復(fù)制。馬鈴薯是通過(guò)薯塊繁殖的,屬于營(yíng)養(yǎng)繁殖作物,具有嚴(yán)重的自交衰退現(xiàn)象,對(duì)基因組的分析初步揭示了馬鈴薯自交衰退的基因組學(xué)基礎(chǔ)。通過(guò)比較基因組分析,發(fā)現(xiàn)了薯塊生長(zhǎng)發(fā)育和病蟲害抗性的重要基因。此外,馬鈴薯基因組也為進(jìn)一步了解雙子葉植物的進(jìn)化路徑提供了分子生物學(xué)新知識(shí)。
馬鈴薯是世界上第三大糧食作物,對(duì)于糧食安全的作用日益突顯。我國(guó)是世界最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó),目前面積已經(jīng)接近9000萬(wàn)畝,總產(chǎn)量約900億公斤。然而我國(guó)馬鈴薯單產(chǎn)水平剛到每畝1000公斤,只有先進(jìn)國(guó)家如荷蘭的1/3。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸是缺乏適合于我國(guó)氣候條件和栽培方式的優(yōu)良品種,對(duì)于原產(chǎn)南美的馬鈴薯這一外來(lái)作物遺傳資源的研究和利用也特顯不足。通過(guò)全基因組設(shè)計(jì)育種,馬鈴薯育種家將加速新品種的培育。在全基因組設(shè)計(jì)育種上,我國(guó)和荷蘭、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家處于同一起跑線上。目前馬鈴薯全基因組遺傳變異圖譜的構(gòu)建和分子設(shè)計(jì)育種體系的開(kāi)發(fā)是關(guān)鍵,亟需得到各方面的支持,同時(shí)要加強(qiáng)與常規(guī)育種的結(jié)合,從而加速培育具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良品種,造福廣大人民。
馬鈴薯全基因組序列圖的繪制是我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域取得的重大新成果,具有重要的標(biāo)志意義,是在科技部國(guó)際合作司和基礎(chǔ)司、財(cái)政部科教文衛(wèi)司、農(nóng)業(yè)部科教司和國(guó)際合作司、國(guó)家自然科學(xué)基金委等部委的大力支持下取得的,充分體現(xiàn)了各部委聯(lián)合攻關(guān)的優(yōu)勢(shì),也再一次證明了社會(huì)主義制度集中力量辦大事的優(yōu)勢(shì)。