近日，2019年度重慶市科學(xué)技術(shù)獎?wù)浇視裕髂洗髮W(xué)的“桑樹基因組生物學(xué)研究”成果榮獲自然科學(xué)獎一等獎。9月25日，西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室桑資源與功能基因組研究團(tuán)隊(duì)接受上游新聞·重慶晨報(bào)記者的采訪，看看這“桑樹基因”到底藏著什么秘密？
西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任何寧佳
在深山老林里尋到“研究對象”
“桑樹基因組生物學(xué)研究”成果牽頭人，西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任何寧佳告訴上游新聞·重慶晨報(bào)記者，十年前，中國工程院院士向仲懷提出研究桑樹基因組計(jì)劃，于是她作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始了“桑樹基因組”的探索。
“做研究，首先要找到一個研究對象，而這個研究對象越‘單純’越好。”西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室桑樹團(tuán)隊(duì)副教授梁九波介紹，做基因組測序是一個繁瑣的工程，測序的時候染色體越少越便于后期組裝。而常規(guī)所接觸的桑樹都是經(jīng)過人工雜交和培育獲得的，它們的遺傳背景過于復(fù)雜，在做基因組測序的時候，也為后期組裝造成了難度?！熬拖褡銎磮D，圖畫越簡單，色彩越單純，拼圖塊越少越好組裝。”他說道。
在當(dāng)時，文獻(xiàn)將桑樹染色體基數(shù)定為14，這也是桑樹染色體在當(dāng)時所獲悉的最小值，去哪兒找這份雜合度低、易組裝的材料是桑樹基因組計(jì)劃能否實(shí)施的先決條件，這也是何寧佳那個時候所面對的“難點(diǎn)”。
這樣“沒有背景”的桑樹研究對象，不可能出現(xiàn)在城市之中，要找這個研究對象，只能去深山老林里。通過查找歷史文獻(xiàn)，何寧佳發(fā)現(xiàn)，上世紀(jì)80年代中期，西南大學(xué)的向仲懷和余茂德二位教授在做桑樹資源普查時，曾通過細(xì)胞學(xué)的觀察，鎖定了四川雅安滎經(jīng)縣原始森林中有14條染色體的桑樹材料，但過去這么多年，是否還能找到這份14條染色體的桑樹材料呢？
何寧佳說，當(dāng)初她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)來到四川雅安滎經(jīng)縣，發(fā)現(xiàn)自己所尋的研究對象位于海拔1400米左右的原始森林。數(shù)次冒著掉下懸崖的危險，在沒有路的原始森林中攀爬4個小時終于到達(dá)取材點(diǎn)，幸運(yùn)的是，在2010年9月，從原始森林里找到了這份寶貴的材料。
而這棵選作測序用的川桑，是一棵樹徑達(dá)36厘米，枝繁葉茂的雄株。
西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室桑樹團(tuán)隊(duì)副教授梁九波（中）
歷時十年 建立起現(xiàn)代桑樹學(xué)科
找到這顆作為測序?qū)ο蟮拇ㄉ?，只是萬丈高樓的第一步。
上游新聞·重慶晨報(bào)記者了解到，林木類基礎(chǔ)研究在國際上一直是一個難點(diǎn)，而林木基因的研究方式不同于其他動植物的基因研究。首先是研究周期較長，這是因?yàn)榱帜镜纳L周期長，所以從種子發(fā)育到開花結(jié)果，時間從2-3年到數(shù)十年都有可能，這也注定該研究是一個長期性的過程。
另外，林木的生存環(huán)境比較復(fù)雜，多數(shù)的林木在實(shí)驗(yàn)室條件下，不容易模擬。這棵作為研究對象的川桑必須要留在四川雅安滎經(jīng)縣的原始森林當(dāng)中，為了深入觀察測序用川桑開花、結(jié)實(shí)等各項(xiàng)生物學(xué)性狀，以及獲得足夠的用于基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、組織培養(yǎng)等的材料，何寧佳團(tuán)隊(duì)每年都要多次驅(qū)車上千公里過去，有時還需要冒著雨雪上山觀察、取材。
值得一提的是，原始森林里做野外考察時，何寧佳團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了川桑的一個小群落，對染色體快速進(jìn)行鑒定發(fā)現(xiàn)它們都有14條染色體，有雄株和雌株之分，雌株能開花結(jié)果。
“這就提出了一個疑問，這樣14條染色體的桑樹難道是自然產(chǎn)生的單倍體？”何寧佳解釋，此前的文獻(xiàn)將桑樹染色體基數(shù)定為14，川桑染色體數(shù)為14故定為單倍體，隨后對染色體核型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)川桑14條染色體能夠完美地配為7對，包括1對長染色體、2對次長染色體，1對短染色體、3對點(diǎn)狀染色體。
看到這個結(jié)果，何寧佳對桑樹染色體研究相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行了收集研讀，找到將桑樹染色體基數(shù)定為14最原始的文獻(xiàn)，才發(fā)現(xiàn)是日本學(xué)者在1909年的研究結(jié)果被美國學(xué)者在1948年錯誤詮釋后導(dǎo)致的。其實(shí)，日本學(xué)者只在他的論文表明桑樹基因組中有一對較大的染色體。而在1954年用兩種印度桑完成的細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)表明28條染色體的桑樹中存在4價體，桑樹染色體基數(shù)有可能7，但該結(jié)果未能改變桑樹染色體基數(shù)定為14的觀點(diǎn)。
何寧佳團(tuán)隊(duì)采用FISH技術(shù)反復(fù)確證判明桑樹的染色體基數(shù)為7，測序材料川桑為2倍體。這個發(fā)現(xiàn)首次破解了桑樹的染色體基數(shù)，最新的研究成果表明桑樹的染色體基數(shù)是7條，而非過去的14。
這一發(fā)現(xiàn)把桑樹學(xué)從栽培生理、品種選育的研究尺度推進(jìn)到現(xiàn)代分子水平，這也成為現(xiàn)代桑樹學(xué)科建立的標(biāo)志。
“研究對象”川桑
首次完成桑樹基因組 未來將創(chuàng)新品種
經(jīng)過三年的大量研究及實(shí)驗(yàn)，何寧佳團(tuán)隊(duì)領(lǐng)先世界，首次完成了桑樹基因組。并在此基礎(chǔ)上，修正了桑樹的分類地位，是“薔薇目-桑科-桑屬”，避免了今后桑樹基礎(chǔ)研究、育種、栽培、資源利用的研究人員走彎路。
另外，還首次破解了桑樹的染色體基數(shù)桑樹的染色體基數(shù)由過去的14條變?yōu)?條，并且通過全方位了解桑樹的基因規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了多個與桑樹重要性狀相關(guān)的基因，“這對于我們以及其他同行后期研究桑樹的種植栽培、綜合利用、其他包括藥用價值的開發(fā)等做了一個理論上的奠基。”梁九波說道。
何寧佳告訴上游新聞·重慶晨報(bào)記者，桑樹遺傳操作系統(tǒng)的建立，在已有研究成果的基礎(chǔ)上，未來將根據(jù)現(xiàn)有的植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)方法，在桑樹中系統(tǒng)地測試適合桑樹的遺傳轉(zhuǎn)化體系，以求從根本上改變優(yōu)良基因“獲取易，利用難”的尷尬局面。
何寧佳介紹，未來團(tuán)隊(duì)還會在桑樹染色體研究成果的基礎(chǔ)上，一方面建立基于染色體倍性的桑樹種質(zhì)資源索引，另一方面，建立基于次生代謝產(chǎn)物差異的桑樹種質(zhì)資源索引，建立桑樹種質(zhì)資源索引。并在已有成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合桑樹抗脅迫和次生代謝產(chǎn)物豐富的優(yōu)良性狀，創(chuàng)制具有特殊優(yōu)良性狀的桑樹新品種。
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