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基因之后,农作物“外表”成研究新热点

17-12-08 10:03 来源:科技日报 编辑:吕庚青

  原标题:基因之后,农作物“外表”成研究新热点

  “归根到底,农作物收获的是表型,而不是基因型。现在急需弄清楚作物表型与基因型、环境之间的关系。”

  在日前举行的国家重大科技基础设施“作物表型组学研究”国际论证会上,中国工程院院士盖钧镒等国内外23位专家共同建议,希望国家作为紧急事项批准建设作物表型组学研究设施。

  表型,顾名思义是指作物基因型和环境决定的形状、结构、大小、颜色等生物体的外在性状。表型组学就是在基因组水平上系统研究生物或细胞在不同环境条件下所有表型的学科。

  数十年来,特异基因资源的发现及利用成为农业育种的“武功秘籍”,但是,随着多数代表性植物全基因组测序的结束,科研人员越来越认识到植物表型研究的重要性。

  “在农作物育种研究中,通过基因型进行测序、选择、定位等工作,其实是间接的,转了个弯回来,最直接的还是表型。”盖钧镒说。

  “比如说,同样的作物、同样的基因在不同的环境下,生长出来可能就不一样。”南京农业大学副校长丁艳锋说。

  专家们认为,基因组学正在加速基因的发现,但如何利用这些资源来建立基因功能和开发新基因型,如何将基因组数据用于作物改良,都需要通过表型组学,研究表型与基因、环境之间的关系。

  在未来的国家竞争中,种质资源作为一种战略性资源,争夺将更趋激烈。而表型组学作为挖掘种质资源利用广度和深度的有效手段,起跑的发令枪已经鸣响:欧洲、美国、日本、澳大利亚等发达国家已先后建立作物表型组学研究机构,我国在这一领域还缺乏大型基础设施和资源统筹的举措。

  “虽然我国创造了以不足7%的耕地面积养活了全球近1/5人口的奇迹,但是良种对我国作物增产的贡献率仅占35%左右,与国际上优良品种占50%左右的贡献率存在较大差距。”丁艳锋说,这与我国基础研究相对薄弱,对作物重要性状形成机制解析不深入,全基因组选择基因组编辑等育种新技术创新不足等有密切关系。

  “过去,对作物表型性状的获取,大部分是在田间‘一把尺子一杆秤’地手工操作,粗放而且不精准。”盖钧镒说。随着生物信息学、系统生物学和整合生物学等的兴起和发展,使得大规模、高通量基因资源的挖掘与利用效率大幅度提高,这有助于加速了解作物性状的控制机制、筛选优良的作物种质、确定和利用关键控制基因并实现分子的精确、高效设计育种。

  目前,我国保存的种质资源已达45万份(约2300个物种),如何用好这些种质资源必须重视起来。因此,我国迫切需要加强农作物种质表型和基因研究设施建设,探索基因组学理论和各种基因组学技术方法,为种质资源表型鉴定及有效保护提供新手段。

  目前,南京农业大学已经建立了一个跨学科的作物表型组学交叉研究中心,涵盖了植物表型研究的所有相关领域。接下来,该校还将建设四个子设施,涉及田间和室内高通量作物精准表型鉴定,作物生长环境精准模拟控制,用于整合多级别组学(包括基因组学、蛋白组学、表型组学等)的大数据中心等。

  记者了解到,“作物表型组学研究设施”已列入《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》。专家认为,在表型组学研究领域,我国与世界先进国家几乎同步,而且我国有庞大的农业体系和市场需求,如能加速建设重大基础设施,必将促进相关的表型研究,中国将很快占据世界领先地位。

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