【農科先鋒】國際蔬菜基因組學領域的領跑者
這是一個“碩果累累”的團隊,不再苦澀的黃瓜、找回兒時風味的番茄、利用種子種植的馬鈴薯……2017年以來,中國農業科學院深圳農業基因組研究所經濟作物的全基因組設計育種創新團隊先后主持或承擔10余項國家、省市科研項目;發表SCI論文40余篇,其中團隊成員為通訊作者或共同通訊作者發表1篇《Cell》、1篇《Science》,4篇《Nature Genetics》,申請專利9項,獲得農業農村部新品種認定2項;團隊首席黃三文研究員先后獲得獲國家自然科學二等獎、何梁何利基金“科學與技術進步獎”和“周光召基金會科技獎”;團隊研究成果先后入選2017年、2019年中國農業科學重大進展。
累累碩果背后,是默默耕耘的汗水與付出。民以食為天,如何培育優良蔬菜品種是中國當前農業生產和科學研究所面臨的重大課題,長期以來中國蔬菜育種領域在遺傳基礎、品質性狀調控機制研究方面還存在著巨大的空白,亟待破題。該團隊牢牢抓住基因組學這一顛覆性創新技術,借助大數據這一有力武器,啟動基因組學研究,不僅填補了中國在蔬菜育種領域的空白,促進民族種業跨越性發展,提高核心競爭力,更已成為了國際蔬菜基因組研究領域的領跑者。
親嘗苦葉終獲“甜”瓜 走出產研結合“康莊大道”
“基因組好比是一張地質勘探圖。對農業育種而言,基因組學技術能夠幫助我們清晰了解基因在進化過程中如何進行選擇、遺棄、變異,以及人類歷史上在品種培育過程中所做的努力。”該團隊始終堅守深耕基因組研究這一根本,并以此達到培育擁有自主知識產權的優良品種,以研促產,產學結合。
該團隊先后主導和參與了黃瓜、番茄、馬鈴薯等重要蔬菜作物的基因組、變異組和代謝組學研究,通過刻苦鉆研獲得豐富的多組學數據,先后揭示了蔬菜馴化的遺傳基礎和調控蔬菜品質的分子機制,更為蔬菜分子設計育種提供了理論框架,快速推動了傳統生物學研究的進展。
為了打通從基因組到新品種的“玻璃門”,團隊以黃瓜為研究對象,著力解決如何兼顧黃瓜育種中的抗性與品質這一難題。
“你愿意去吃苦瓜,但你絕不愿意去吃苦的黃瓜。”5年來,團隊成員親嘗了18萬口苦的黃瓜葉,終于發現并解釋了調控黃瓜苦味物質合成代謝路徑的9個基因,同時發現直接控制這9個基因的兩個“主開關”基因,繼而開發出了高效的不苦基因分子標記。
科研成果并不是發表論文后就束之高閣,而是第一時間投入到黃瓜基因組設計育種中去,團隊先后培育出“蔬研2號”“蔬研5號”“蔬研12”和“蔬研白綠”等優質黃瓜系列品種。目前,這些優質黃瓜系列品種已在湖南、湖北、江西、浙江、福建、廣東等地得到大面積推廣種植,累計逾100萬畝,創造出經濟效益80多億元,走出了一條從基礎研究到產業開發的“康莊大道”。
創新邀請消費者參與育種 揭開番茄風味面紗
隨著社會經濟水平和人民生活水平的不斷提升,老百姓不再滿足于“吃飽”,而是要“吃好”“吃得健康”“吃得放心”“吃得新鮮”……該團隊立足于不斷滿足人民對美好生活的向往,創新研究思路,為中國百姓的“風味”餐桌持續努力。
番茄是世界第一大蔬菜作物,也是深受中國百姓喜愛的蔬菜品種,經常能夠聽到有人抱怨“現在的番茄越來越沒有味兒了”。到底人們喜愛的番茄是什么味呢?該團隊另辟蹊徑,創造性地提出“讓消費者參與育種”,邀請了170條“挑剔的舌頭”組建“品嘗小組”,對100多種番茄進行了多次嚴格的品嘗實驗,再利用數據模型分析,最終確定了33種影響消費者喜好的主要風味物質,首次闡明了番茄風味的遺傳基礎。
至此,番茄風味大不如前的秘密被揭開,原來早期番茄育種一直以高產、高抗、耐儲運等性狀為主要目標,忽視了風味品質的改良,導致大多數商業品種風味品質嚴重缺失。
緊接著,該團隊構建了番茄果實品質研究的多組學平臺,揭示了在馴化和育種過程中番茄果實中營養和風味物質發生的變化,為全基因組設計育種提供了路線圖。
最終,番茄風味和代謝研究成果分別發表在世界頂級學術期刊《科學》和《細胞》上。同一時間,該團隊培育的美味番茄品種之一“深愛1號”已完成第一個生長周期的DUS測試,并面向新疆喀什和廣西巴馬等地區推廣,利用“美味番茄”進行產業扶貧。
“優薯計劃”顛覆育種繁殖 引領馬鈴薯“綠色革命”
科研既要“頂天”,有引領世界的魄力與實力,也要“立地”,能夠盡快轉化為生產力,服務中國現代農業,服務億萬中國百姓。該團隊上下一心,致力做出讓中國百姓看得見、摸得著、用得上的科研成果。
馬鈴薯是重要糧菜兼用作物,全球約有13億人以馬鈴薯為主食,因此馬鈴薯在保障全球糧食安全方面起到了關鍵性作用。
馬鈴薯受制于四倍體遺傳的復雜性,遺傳改良周期長,品種更新慢,而且薯塊無性繁殖方式存在諸多缺陷,生產成本高。針對馬鈴薯產業所面臨的問題,該團隊提出了“優薯計劃”,用二倍體替代四倍體,將育種周期從10至15年縮短為3至5年,大幅度提高育種效率;用儲運方便且不易攜帶病蟲害的雜交種子替代塊莖繁殖,把繁殖系數提高1000倍,為我國每年節省1000萬畝種薯繁育用地,并解決1000萬噸種薯儲運的難題。
“優薯計劃”實施的根本目標是實現馬鈴薯產業的“綠色革命”,克服幾千年來馬鈴薯依靠塊莖繁殖的諸多不利因素,對馬鈴薯的育種和繁殖方式進行顛覆性創新,全面釋放其遺傳潛力。目前,該團隊已解決了馬鈴薯自交不親和的難題,淘汰了自交衰退基因,培育了高度純合自交系,并育成了第一個馬鈴薯二倍體F1品系,實現了“優薯計劃”從0到1的突破,為馬鈴薯“綠色革命”鋪平了道路。該團隊堅信,不遠的未來,“優薯計劃”所取得的研究成果必將惠及全球。
3年來,團隊始終牢記使命,勇于擔當,取得了一大批具有國際先進水平的重大科技成果,培養出一批農業科技領軍人才,深入對口幫扶市縣指導,為我國“三農”事業發展作出重要貢獻。未來,他們將繼續立足農業研究主戰場,加快創新步伐,努力搶占世界農業科技競爭制高點,牢牢掌握我國農業科技發展主動權,為實現“三個面向”“兩個一流”貢獻力量,為我國由農業大國走向農業強國提供堅實科技支撐。
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