浙江都市快报
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这位在实验室里进行精准分子育种的科学家,绘制了世界上第一张榨菜全基因图谱

原创
都市快报

记者 翁丹妮 摄影 金静馨

本期发布成果:

十字花科蔬菜基因组信息解析与重要性状遗传基础

本期发布人:

浙江大学求是特聘教授 张明方

成果奖级:

浙江省自然科学奖一等奖

我国是世界蔬菜第一大生产国和消费国。从“春在溪头荠菜花”,到“牛衣古柳卖黄瓜”,我们和蔬菜的渊源穿越时间的变迁,在中国人的餐桌上不断演变。

从传统的经验选择育种,到现在我们熟悉的杂交优势育种,如今,我国的蔬菜育种正处于向分子育种的3.0时代跨越的阶段,将来也将朝着智能设计育种的4.0时代继续迈进。

有人说,一粒种子可以改变世界,而决定种子优劣的基因至关重要。可以这样说,种子是农业的“芯片”,基因是种业的“芯片”。而浙江大学求是特聘教授张明方,就是这样一位运用基因组信息“改变”种子的高手。

张明方教授从事蔬菜遗传育种已有30年,他和团队在十字花科和葫芦科重要蔬菜作物基因组信息解析、功能基因挖掘、优异种质创制等领域获得了系列原创性成果,有力助推了我国蔬菜分子设计育种进程。

在浙江省科学技术奖励大会上,张明方教授团队的这项成果——“十字花科蔬菜基因组信息解析与重要性状遗传基础”,获得了浙江省首个蔬菜园艺领域的自然科学一等奖。

他绘制了世界上第一张榨菜全基因图谱

丰富和深化了对榨菜的“家谱”的认识

“基因编辑”这个词以前更多出现在生物医学领域,张明方教授告诉我们,基因编辑可以说是农业领域的5G技术,但目前我国的基因编辑等新技术应用不够,在蔬菜上,还只是在少数作物中开展研究。

张明方教授团队主要围绕我省(国)两大经济价值较高蔬菜作物:十字花科芥菜类和葫芦科瓜类等蔬菜,开展了相关种质创新与分子设计育种研究工作。

说到芥菜大家可能不太熟悉,但提起榨菜那可就太熟了。其实,芥菜腌制“变身”之后,就成了各种我们熟悉的腌菜,比如江浙一带的榨菜、梅干菜、贵州老干妈香辣菜等。而葫芦科瓜类蔬菜也是我们的“老朋友”,像西瓜、甜瓜、南瓜等,都是葫芦科瓜类。

张明方教授团队在国际上首次解析了异源四倍体榨菜高质量基因组,为芥菜(榨菜)作物功能基因组研究奠定了基因组基础。

如何培育更具风味的榨菜?张明方告诉大家,芥菜独特风味的秘密是芥菜富含硫代葡萄糖苷,硫苷不同组份决定了不同风味品质的形成。于是,张明方团队系统评价了芥菜群体中硫苷组分和含量,采用一种新型全基因组关联分析方法,找到了控制硫苷的遗传位点。

除了榨菜,很多人夏天最爱的西瓜,也有张明方团队的贡献。我们都知道,果农最怕西瓜开裂,如何选育品质好、又不容易裂瓜的西瓜?这是个难题。因为裂瓜性状是一个典型的复杂性状,可不像我们想的简单用手掌压一压就可以判断,需要精准的数字化指标来量化,才能准确地找到控制裂瓜的基因。

张明方团队通过构建耐裂和易裂西瓜的遗传分离群体,找到了控制西瓜果皮硬度的基因位于第10号染色体。张明方用“血型”打了个比方,如果耐裂的西瓜是“A型”,那么不耐裂的就是“B型”,兼而有之的则是“AB型”。现在,我们测测“血型”就能育出脆甜不易裂瓜的西瓜品种。

【科学词条】

基因编辑×蔬菜育种

“以前我们说育种是发现变异、利用变异,那么基因编辑就是定向创造变异、利用变异。利用基因编辑可以精准、快速地进行突变,而且不受种质资源的限制。虽然现在我们国家就基因编辑还没立法,但是这个育种技术会是未来的趋势之一,我们要做好前期的技术储备工作。”

育性“开关”基因

“我们创制了芥菜中首个细胞质雄性不育系,突破了芥菜杂种优势的技术瓶颈。在此基础上,我们创制了十字花科作物首个育性回复突变系,成功实现了十字花科蔬菜育性的人工转换。也就是说,我们有技术可以让不育变为可育,这样我们的种质资源就不会受制于国外的不育材料,打破国外技术的垄断。”

分子设计育种

“近几年以植物(作物)基因组为代表的组学技术兴起,大大促进了分子育种到精准育种的发展。比如我们实验室,就是构建基于基因组学的高通量蔬菜精准育种技术体系,从基因组信息解析,到育种可利用基因挖掘,最后实现优质、高抗和广适应性新品种的选育。”

智能设计育种

将依托多层面生物技术与信息技术推动分子设计育种向着智能化的方向发展,实现作物育种从“科学”到“智能”的颠覆性转变。

评论
传承解惑
少傅级
从基因组信息解析,到育种可利用基因挖掘,最后实现优质、高抗和广适应性新品种的选育。
05.19
传承解惑
少傅级
我们和蔬菜的渊源穿越时间的变迁,在中国人的餐桌上不断演变。
05.19
CZH科普
少师级
虽然现在我国就基因编辑还没立法,但这个育种技术会是未来的趋势之一,我们要做好前期的技术储备工作
05.19