全球作物表型研究“中國方案”呼之欲出 

2019-10-24 10:33:59 來源: 科技日報 作者: 張曄 吳婷

科技日報記者 張曄 實習生 吳婷

“上個世紀以來,人類非常重視農作物基因型的改良,認為基因型改變了,才能有產量的改變。實際上,決定一種作物的,除了基因型以外,大量的是它的表型。”

10月23日,由南京農業大學、國際植物表型組織(IPPN)主辦的第六屆國際植物表型大會在南京舉行,中國工程院院士蓋鈞鎰認為,農作物表型和基因研究的深度和廣度,直接影響到種質資源利用效率和現代種業的可持續發展,南京農業大學正在籌建的作物表型組學重大科技基礎設施項目,將在全球范圍內組建跨學科研究團隊,引領農業植物科學發展,保障國家糧食安全。

作物表型研究為何受到重視

生命科學進入基因組時代以來,各種組學的充分發展使人類能從多個層面全面認識生命現象。

數十年來,特異基因資源的發現及利用成為農業育種的“武功秘籍”。但是,隨著多數代表性植物全基因組測序的結束,科研人員越來越認識到植物表型研究的重要性。

表型,顧名思義就是指可以觀測的生命體性狀和特征,比如形狀、結構、大小、顏色等。表型的精準度量已成為深入認識生命現象形成規律的基礎,系統解析生命復雜系統的突破口。

“在農作物育種研究中,光關注基因型,還是不夠的。作物的表型不僅決定產量,還決定品質。”蓋鈞鎰說。

“比如說,同樣的作物、同樣的基因,在不同的環境下,生長出來可能就不一樣。”南京農業大學副校長丁艷鋒解釋。

基因組學正在加速基因的發現,但如何利用這些資源來建立基因功能和開發新基因型,如何將基因組數據用于作物改良,都需要通過表型組學,研究表型與基因、環境之間的關系。

“我們現在測定基因序列的能力很強,但是我們獲取表型的能力很弱,如果我們把這一條補上的話,那么我們就可以在基因型和表型之間搭建一個橋。”丁艷鋒說道。

美國國家科學基金會已將“理解生命規律,通過基因型的鑒定來預測表型”作為6大科學前沿之一。專家認為,作物表型組及其與基因組關系的解析,是高效創制利用種質資源、培育重大突破性品種的根本,代表著作物科學發展的前沿方向。

表型組學需要唱響中國聲音

在未來的國家競爭中,種質資源作為一種戰略性資源,爭奪將更趨激烈。

雖然我國創造了以不足7%的耕地面積養活了全球近1/5人口的奇跡,但是良種對我國作物增產的貢獻率僅占35%左右,與國際上優良品種占50%左右的貢獻率存在較大差距。

目前,我國保存的種質資源已達45萬份(約2300個物種),必須重視對這些種質資源的利用。但是,傳統的作物表型鑒定規模小、效率低、誤差大,已成為嚴重制約品種改良取得重大突破的瓶頸。

丁艷鋒介紹,國內外表型組學已經呈現出五大發展趨勢:由科學家個人興趣轉向規模化的合作研究,表型檢測手段由單一轉向綜合化智能化,由單一尺度轉向多尺度聯合分析,由關鍵時間點轉向全生命周期連續觀測,由組內關聯分析轉向組間關聯分析。

習近平總書記指出,糧食安全是治國理政的頭等大事、是維系社會穩定的“壓艙石”、是國家發展的“定海神針”。因此,我國迫切需要加強農作物種質表型和基因研究設施建設,探索基因組學理論和各種基因組學技術方法,為種質資源表型鑒定及有效保護提供新手段。

目前,表型組學作為挖掘種質資源利用廣度和深度的有效手段,起跑的發令槍已經鳴響:美國、英國、法國、德國、荷蘭、日本、澳大利亞等主要發達國家都在積極布局,相繼出臺國家級研究計劃。

記者了解到,南京農業大學作物表型組學研究重大科技基礎設施建設項目,目前已列入《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃》。設施建設內容包括:高通量表型數據采集與鑒定系統、環境模擬與檢測系統、表型組—基因組大數據分析與整合系統等。建成后,具有從分子細胞到組織形態多層次、多生境和全生育期多尺度,對6種以上主要作物進行年百萬株及日百畝大田表型精準采集與深度解析的能力。


教育部—江蘇省共建作物表型組學研究設施揭牌儀式。王爽 攝


丁艷鋒表示,在前期籌備過程中,南京農業大學已經與英國、法國、德國、荷蘭等國家的研究機構合作共建了多個國際聯合研究中心。此次會議期間,22個國家的400余位專家,將重點圍繞植物表型測量技術、大數據分析及應用、高通量植物表型平臺應用三個主題,就植物表型領域前沿理論、技術、方案等進行交流分享。

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責任編輯:陳小柒
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