2024-12-25 23:21:30 來源:大眾新聞
【編者按】12月25日,大眾日報報道了青島農(nóng)業(yè)大學教授張忠華破譯了瓜類作物“基因密碼”。
本報記者 薄克國
本報通訊員 周維維
近日,何梁何利基金2024年度頒獎大會在北京舉行,青島農(nóng)業(yè)大學園藝學院院長張忠華教授因破譯瓜類作物“基因密碼”而榮獲“科學與技術(shù)創(chuàng)新獎(青年創(chuàng)新獎)”。
作為蔬菜分子遺傳育種領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物,張忠華教授憑借多年的科研積累與創(chuàng)新思維,在甜瓜和黃瓜等葫蘆科作物中率先開展了基于基因組演化和組學大數(shù)據(jù)等加速功能基因的研究,大大推動了葫蘆科生物學和分子育種的進展,也為同行研究提供了新的研究思路。
甜瓜是世界范圍內(nèi)的重要瓜果類作物。2024年以來,張忠華教授團隊迎來了甜瓜功能基因組研究收獲的小高峰,先后在《植物細胞》和《分子植物》等國際重要期刊連續(xù)在線發(fā)文,分別涉及葫蘆科果實發(fā)育共有調(diào)控元件、薄皮甜瓜酸味調(diào)控、甜瓜果實變苦以及甜瓜遺傳育種基因型鑒定等相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),加速了以甜瓜為代表的葫蘆科作物生物學和分子育種的進展,為做強瓜類種質(zhì)芯片,端牢“中國飯碗”注入強勁動力。
“黃瓜的基因組相對較小,但其中近30%的區(qū)域是由大片段復(fù)雜重復(fù)序列組成的著絲粒區(qū)域,這一比例遠高于水稻和玉米等作物,嚴重增加了我們基因組解析的難度。”張忠華介紹。面對這一挑戰(zhàn),張忠華主動承擔起黃瓜的生物信息學分析的重任。項目時間緊迫、任務(wù)繁重,他對傳統(tǒng)分子標記技術(shù)進行了創(chuàng)新性改進,顯著提高了篩選效率,為黃瓜遺傳圖譜的構(gòu)建和基因組序列的解析提供了堅實的支持。
黃瓜與甜瓜、西瓜、冬瓜、南瓜等瓜類作物在植物分類學上均屬葫蘆科植物,起源于共同的祖先。張忠華作為主要完成人,率先利用第二代測序技術(shù)解碼了首個蔬菜作物——黃瓜的基因遺傳密碼,隨后又主導(dǎo)或參與了冬瓜、西瓜的全基因組遺傳密碼解析。
種質(zhì)資源是研究農(nóng)藝性狀分子機理的重要素材,也是育種突破的關(guān)鍵。作為主要組織者,張忠華團隊耗時多年收集了全世界近6000份具有代表性的黃瓜、甜瓜和冬瓜種質(zhì)資源,并對這些資源的基因遺傳信息進行了系統(tǒng)研究。研究發(fā)現(xiàn),與絕大多數(shù)作物相似,黃瓜、甜瓜和冬瓜都經(jīng)歷了馴化、育種改良等過程,而后傳播到不同地域,分化形成了不同的種質(zhì)資源類群。
張忠華表示:“在馴化改良過程中,這些作物發(fā)生了多種性狀改變,包括果實變大、脫苦、開花時間提前等。同時,我們發(fā)現(xiàn)這三種作物6000多個基因?qū)?yīng)這些性狀改變也發(fā)生了演化變異,成為研究這些性狀的關(guān)鍵候選基因。”這些發(fā)現(xiàn)為植物馴化研究提供了新知識,也為瓜類種質(zhì)資源的育種利用提供了理論框架。
在黃瓜基因組研究中,張忠華團隊選擇了12個代表性黃瓜種質(zhì)資源,并完成了染色體水平的基因組組裝。他介紹:“我們對這些基因組序列進行了詳盡比較分析,發(fā)現(xiàn)了多個特大DNA片段倒位變異。”這些發(fā)現(xiàn)就像是為黃瓜進行了一次全面的“基因體檢”,揭示了290萬個微小的遺傳差異、140萬個小的插入或缺失以及5.6萬個較大的基因結(jié)構(gòu)變化。張忠華說:“通過這些發(fā)現(xiàn),我們構(gòu)建了一個黃瓜基因的全景圖。利用這張地圖,能夠研究黃瓜的不同特征是如何由基因決定的,就像是找到了控制黃瓜特征的‘開關(guān)’。”
華南黃瓜味道變苦會嚴重影響市場銷售。為解決這一問題,張忠華團隊挖掘研究關(guān)鍵基因信息,開發(fā)了30多個分子標記,并為甜瓜和黃瓜開發(fā)了全基因組背景選擇芯片系統(tǒng),可用于純種與品種鑒定、遺傳定位等育種領(lǐng)域。目前,這些技術(shù)已在中國農(nóng)科院蔬菜所和山東省農(nóng)科院等進行了應(yīng)用,推動黃瓜和甜瓜等育種進入分子設(shè)計時代。
在此基礎(chǔ)上,合作者培育了“蔬研”系列黃瓜品種,成功解決了華南黃瓜品種變苦而喪失商品價值的生產(chǎn)難題,并提高了產(chǎn)量,累計推廣約100萬畝,已創(chuàng)造約80億元的經(jīng)濟價值,取得了顯著的社會效益。
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編輯:楊婧雯