很少有人能想到，最日常不過(guò)的谷物小麥，近日因?yàn)槠浠蚪M圖譜的發(fā)布，竟然成為全球關(guān)注的科技“網(wǎng)紅”。這是怎么回事呢?

　　《科學(xué)》雜志日前在線刊發(fā)題為“Shiftingthelimitsinwheatresearchandbreedingusingafullyannotatedreferencegenome”的研究論文，標(biāo)志著世界首個(gè)六倍體小麥(普通小麥)基因組圖譜完成。據(jù)介紹，這一成果由國(guó)際小麥基因組測(cè)序聯(lián)盟(IWGSC)牽頭組織，20余個(gè)國(guó)家、70多家機(jī)構(gòu)的200多位科學(xué)家，一共花費(fèi)了13年時(shí)間。

　　西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋衛(wèi)寧教授團(tuán)隊(duì)，作為中國(guó)唯一參與并承擔(dān)實(shí)質(zhì)性研究工作的團(tuán)隊(duì)，完成了其中一個(gè)染色體——7DL染色體物理圖譜構(gòu)建及序列破譯工作。

　　為何小麥基因測(cè)序難?  基因組體量太龐大

　　小麥?zhǔn)切←溝抵参锏慕y(tǒng)稱，是單子葉植物，是一種在世界各地廣泛種植的禾本科植物，是三大谷物之一，幾乎全作食用，僅約有六分之一作為飼料使用。小麥富含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、鈣、鐵、硫胺素、核黃素、煙酸、維生素A及維生素C等，中國(guó)是世界最早種植小麥的國(guó)家之一。

　　破解小麥基因組圖譜有什么意義?原來(lái)，小麥耐不耐旱、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高不高等關(guān)鍵問(wèn)題均和它密切相關(guān)。宋衛(wèi)寧說(shuō)，有了小麥的基因組圖譜，小麥的育種、遺傳研究就可以向前推進(jìn)一大步。

　　雖然小麥?zhǔn)鞘澜绺鞯刈顬閺V泛種植的谷物之一，但相較于其他作物，小麥?zhǔn)俏ㄒ灰粋€(gè)尚未完成全基因組測(cè)序的物種。為何小麥的基因測(cè)序這么難?原因就是小麥基因組體量龐大，是人類基因組的5倍、水稻基因組的40倍，同時(shí)作為典型的異源多倍體基因組，重復(fù)序列極高。

　　國(guó)際小麥基因組測(cè)序協(xié)會(huì)2005年成立，在60多個(gè)國(guó)家擁有會(huì)員。該機(jī)構(gòu)執(zhí)行主任凱利·埃弗索爾在一份聲明中說(shuō)，繪制小麥基因組圖譜是許多人共同努力的結(jié)果，曾被視為“不可能完成的任務(wù)”。這種繪制參考序列的方法為今后大型、復(fù)雜的植物基因組測(cè)序工作提供范例，再次證明通過(guò)國(guó)際合作推進(jìn)糧食安全的重要性。

　　為了實(shí)現(xiàn)獲得面包小麥的高質(zhì)量基因組序列愿景，2005年開(kāi)始，國(guó)際小麥基因組測(cè)序聯(lián)盟將普通小麥品系“中國(guó)春”的21條染色體進(jìn)行了分離，并構(gòu)建了相應(yīng)的細(xì)菌人工染色體文庫(kù)，后續(xù)的物理圖譜構(gòu)建、細(xì)菌人工染色體測(cè)序和序列的組裝與分析則由聯(lián)盟各成員分擔(dān)。

　　在國(guó)外期間，宋衛(wèi)寧就積極與國(guó)際小麥基因組測(cè)序聯(lián)盟磋商;2006年2月全職來(lái)到西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院工作后，同年7月正式加入該聯(lián)盟，并成為聯(lián)盟決策委員會(huì)唯一的中國(guó)成員。2008年小麥3B染色體物理圖譜完成后，國(guó)際小麥基因組測(cè)序聯(lián)盟主席RudiAppels教授應(yīng)邀來(lái)西北農(nóng)林科技大學(xué)訪問(wèn);2009年，該校為宋衛(wèi)寧團(tuán)隊(duì)提供了500萬(wàn)元科研經(jīng)費(fèi)，購(gòu)買測(cè)序儀等大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，建設(shè)小麥基因組學(xué)科研平臺(tái)，支持其團(tuán)隊(duì)開(kāi)展小麥7DL染色體物理圖譜構(gòu)建工作。

　　據(jù)宋衛(wèi)寧介紹，小麥7DL染色體物理圖譜構(gòu)建及序列破譯工作是一個(gè)全新的探索，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可循，僅7DL染色體的大小等于整個(gè)水稻基因組;但物理圖譜構(gòu)建及序列組裝、分析和破譯的工作量，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)相應(yīng)的水稻基因組。

　　獲得研究小麥密碼本  培育高產(chǎn)新品種

　　“參與的師生數(shù)量可以坐滿一節(jié)車廂了。”接受記者采訪時(shí)，宋衛(wèi)寧笑著說(shuō)。在此過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)成員基本沒(méi)有節(jié)假日、沒(méi)有寒暑假的概念，全力投入海量數(shù)據(jù)的測(cè)序和破譯工作，付出了極大代價(jià)。經(jīng)費(fèi)負(fù)數(shù)的時(shí)候，無(wú)奈向?qū)W校借了100多萬(wàn)元，走錯(cuò)了路重新再來(lái)的現(xiàn)象更是時(shí)有發(fā)生。但宋衛(wèi)寧團(tuán)隊(duì)頂住巨大的壓力，始終堅(jiān)持不懈，先后爭(zhēng)取到國(guó)家“863”和其他項(xiàng)目的支持，沿著當(dāng)初確定的目標(biāo)持續(xù)發(fā)力。“十年磨一劍”，經(jīng)過(guò)近10年的不懈努力，終于完成了7DL染色體物理圖譜構(gòu)建及序列破譯工作。

　　世界首個(gè)六倍體小麥基因組圖譜完成，可以說(shuō)是獲得了研究小麥的一個(gè)密碼本。用新加坡《南華早報(bào)》的評(píng)價(jià)，此項(xiàng)工作標(biāo)志著征服了遺傳學(xué)的“珠穆朗瑪峰”，可以幫助科研人員更好地掌握小麥生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律。這個(gè)研究工作是國(guó)際大協(xié)作的結(jié)晶，論文作者有200多人，隸屬20多個(gè)國(guó)家的70多個(gè)單位。宋衛(wèi)寧團(tuán)隊(duì)不但負(fù)責(zé)了7DL染色體的分析工作，還參與了小麥全基因組兩種不同物理圖譜分析結(jié)果的整合。因此，宋衛(wèi)寧教授的名字，在這篇科學(xué)雜志的論文作者名單中出現(xiàn)了兩次。

　　據(jù)悉，小麥基因組圖譜的繪制完成，可幫助培育出抗旱、抗病和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥品種。國(guó)際小麥基因組測(cè)序協(xié)會(huì)指出，全球人口到2050年預(yù)計(jì)將達(dá)到96億，小麥產(chǎn)量需每年增長(zhǎng)1.6%才能滿足未來(lái)需求，而這種增長(zhǎng)必須主要通過(guò)改良作物性狀而非增加種植面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　“未來(lái)，我們還將繼續(xù)開(kāi)展序列分析工作，將小麥基因組的進(jìn)化、序列與分子育種、遺傳育種結(jié)合起來(lái)，培育高產(chǎn)、抗旱、抗鹽、抗病蟲(chóng)的小麥新品種，更好應(yīng)對(duì)全球氣候變化及人口膨脹帶來(lái)的食品短缺的挑戰(zhàn)，為小麥基因組改良工作奠定基礎(chǔ)。”宋衛(wèi)寧教授對(duì)未來(lái)充滿信心。（張 瀟 李曉春）