个人炒股加杠杆怎么操作 深圳科研团队六年攀登作物界“珠峰”,找回小麦丢失的遗传多样性

时间:2024-07-08 23:12 点击:122 次

他表示,具体的政策中,有多项支持措施。一是加大资金支持。建立可持续的资金保障机制,对于收回、收购的土地,用于保障性住房项目的,可通过地方政府专项债券等予以资金支持。

记者梳理核定内容注意到,4月份,南方降雨强度大,引发的洪涝和地质灾害共造成江西、广东等17省(区、市)受灾,直接经济损失119.8亿元,灾害损失为近10年同期最重。此外,今年以来,我国西南地区气温偏高、降水偏少,气象干旱呈阶段性发展,造成直接经济损失5.2亿元。

北京时间2024年6月17日23时,国际顶尖期刊《自然(Nature)》刊登了中国农业科学院深圳农业基因组研究所(岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心)联合英国约翰·英纳斯中心(John Innes Centre)等国内外多家优势单位完成的最新研究成果,题为“Harnessing Landrace Diversity Empowers Wheat Breeding(利用地方品种多样性助力现代小麦育种)”。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07682-9

小麦、水稻和玉米是世界上最重要的三种粮食作物。与其他两种作物不同的是,普通小麦是基因组大小约为15Gb的异源六倍体,基因组特别复杂且庞大,是水稻基因组的40多倍,其基因组和遗传育种研究被誉为作物界的“珠穆朗玛峰”。

该项成果完成了近千份来自全球32个国家的小麦地方品种和现代育成种的系统收集和基因组测序,代表了目前最全面的全球小麦遗传多样性,综合运用基因组学、遗传学、生物信息学和分子生物学,量化并验证了当前小麦育种中未被利用的大量的优异变异,包括发现控制小麦高产且抗倒伏新基因、氮高效利用新基因、籽粒钙含量优质新基因、抗稻瘟病和叶斑病新基因以及数千个有利遗传变异位点,开发了一整套小麦科研和育种上有用的数据资源和技术工具。

程时锋研究员发起国际“谷-豆”计划,陆续开展广泛的全球优异谷-豆种质资源引进到中国的工作

“这项研究相当于打造了一本字典,能帮助我们在科研和育种应用上同时发力,对全球的小麦的基础科研和育种应用产生了深刻影响,具有里程碑式的意义,实现了理论与实践、‘技术走出去’与‘资源引进来’的有机结合。”

程时锋介绍,“小麦基因组极其复杂,被誉为作物界的‘珠穆朗玛峰’,这次研究做了六年,在这一过程中我们克服了很多困难和挑战。我们构建了从基因组学、到遗传学,从表型组到育种的海量数据,该研究非常有价值但极具挑战。我经常和我们学生说,我们是‘在珠穆朗玛峰上跳舞’。”

古麦今用,寻回丢失的遗传多样性

该项研究对小麦基础科研和育种应用的重要意义,要从过去一个世纪的农业绿色革命说起。开始于20世纪60-70年代的农业绿色革命,主要集中在通过培育和推广半矮秆稻麦品种来提高作物适应化肥施用量的增加、减少倒伏的能力。

然而,育种过程中偏好性选择那些控制矮杆和能显著提高收获产量的特定基因,会忽略大量的其它可能有益的遗传变异。遗传多样性频谱过于狭窄,使农业生态系统更加脆弱,不利于应对复杂的病虫害和气候变化的影响。

该研究引进了英国约翰·英纳斯中心保藏的百年前收集的来自世界三十多个国家的全套小麦种质资源(827份A.E. Watkins小麦地方品种,下称沃氏小麦;和220份全球现代品种),先后在广东、湖北、江苏、河北、山东和黑龙江等地进行了广泛和全面的表型鉴定和杂交试验,对沃氏小麦地方品种在中国的适应性情况进行了全面摸底,并对其在我国不同生态区的表现进行了系统鉴定。结合英国历史上完成的表型数据集合,形成了一套史无前例的小麦表型组矩阵。

百年前收集的全球小麦地方种多样性极高,图为程时锋课题组拍摄的Watkins小麦

Watkins小麦在中国南北6个生态区及英国3个生态区种植并进行系统的表型鉴定

值得一提的是,沃氏小麦地方品种的引进并非中国第一次大规模引进国外小麦品种,而是继承了国内前辈们的工作。20世纪初,农业学家沈宗瀚先生在中国已经开始了系统的小麦品种引进和杂交试验工作,组织购进英国小麦专家潘希维尔(John Percival)收集的一套共1700多份品种的全球小麦种质资源(Percival Collection,潘氏小麦)。这是中国第一次大规模从国外引进小麦品种资源的重要事件。以这份重要的种质资源为父母本,通过与中国地方品种进行杂交、筛选,选育出了一系列优良小麦新品种并在全国推广。这些历史事件表明,中国的小麦品种改良和引进工作有着悠久和系统的传统。

遗憾的是,由于战乱及保藏管理条件等问题,不管是在英国,还是在中国,整个原始的潘氏小麦种质资源均全部遗失,在英国也仅仅剩下原始的植物标本。程时锋团队于2018-2019年期间引进的沃氏小麦地方品种包括了118份来源于中国的百年前的地方品种,对这些历史遗传资源开展研究和应用。

通过与现代品种的比较,研究者发现现代小麦品种主要来源于沃氏小麦地方品种中的两个祖先群体,而其他五个祖先群体则包含了大量未被利用的遗传变异,遗传多样性下降了至少60%。

“这一研究将为拓宽我国小麦的遗传和表型多样性、聚合优异基因和变异奠定坚实的基础,未来将这些优异基因应用到小麦育种中,培育创新型小麦新品种,将推动我国小麦产业的持续健康发展。”中国科学院院士李家洋评价。

“随着研究的继续深化、成果在育种上的持续应用,将极大改变现有品种同质化严重的局面,推动小麦领域新质生产力的发展。”中国科学院院士钱前评价。

4D策略,打通从基因组到育种的精准设计之路

在大量的国际种质资源引进国内后,研究团队与国际合作者一道,提出了小麦全基因组设计育种的4D策略(Decode解码,Discover发现,Design设计, Deliver实现),为真正实现小麦从基因组到育种(G2B,Genome to breeding)的全链条贯通提供了系统解决方案和必要的工具。

大规模小麦性状和相关遗传位点发掘,及性状相互之间生理互作关系

六年以来,这些工作的顺利开展也得益于构建开放共赢的国际合作模式。在此基础上,程时锋团队正在与欧洲、美国和国际玉米小麦研究中心开展合作、扩大合作范围、深化合作内容,先后共同发起了“GlobalWheatG2B”等国际合作项目,继续加强全球小麦种质资源的引进和本地化,持续为我国小麦育种产业注入新的血液,服务我国小麦种业发展与振兴。

美国科学院院士邓兴旺评价,“程时锋团队通过与英国开展全面、广泛且深入的合作,引进百年前由Watkins收集的近千份全球小麦核心种质资源,对于继续丰富我国小麦种质资源遗传多样性具有深远的影响。该项目是近年来我国农业领域国际合作的一个成功案例,“技术走出去”与“资源引进来”实现完全结合,合作成果受到国际同行的一致好评。”

程时锋课题组介绍

程时锋,研究员,博士生导师,国家重大人才工程计划领军人才,国家自然科学基金委“优青”,农科院“农科英才”,广东省“珠江团队”首席科学家。团队主要围绕“麦豆的碳氮”问题,以Plant Trait-based Phylogenomics、Crop Quantitative Genetics 为工具,长期从事植物系统发育进化基因组学、关键性状起源和演化分子机制、麦类豆类作物群体遗传学及其在全基因组设计育种的应用等工作。目前主要主要有Watkins Wheat G2B与Mendel Pea G2P (Genomics to Phenomics)群体基因组生物学,高效能表现自然演化性状的起源与演化,如C4光合作用及豆科结瘤共生固氮的比较基因组学,并致力于将进化基因组与现代农业育种相结合。其代表性成果以第一或通讯作者(含共同)发表在Science(2篇)、CELL、Nature、Nature Biotechnology、Plant Cell等杂志六十余篇,引用16000余次,多篇文章被F1000重点推荐;主持国家重点研发计划1项,省部级项目2项。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所

中国农业科学院深圳农业基因组研究所(简称“基因组所”)成立于2014年,由农业农村部、中国农业科学院和深圳市政府共同支持建设,位于深圳市大鹏新区。

成立以来,基因组所组建了1300多人的研究队伍,形成了以组学技术为核心、辐射农业、食品和生态方向的学科体系,获批“岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心”“农业农村部农业基因数据分析重点实验室”“农业农村部农业合成生物学重点实验室”“农业农村部畜禽生物组学重点实验室”等创新载体,在包括 Science、Nature、Cell 等顶级期刊在内的杂志上发表SCI论文1300多篇,以基因组设计育种育成国审、省审新品种40余个,农业基因组学等研究领域占据世界前沿。多项成果入选“‘十三五’农业科技十大标志性成果”“中国生命科学十大进展”“中国农业科学十大进展”“中国农业农村重大新技术”。

【撰文】郑伊灵

【通讯员】马昕怡

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