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全球作物表型研究“中国方案”呼之欲出

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  全球作物表型研究“中国方案”呼之欲出

  本报记者 张 晔 实习生 吴 婷

  “上个世纪以来,人类非常重视农作物基因型的改良,认为基因型改变了,才能有产量的改变。实际上,决定一种作物的,除了基因型以外,大量的是它的表型。”

  10月23日,由南京农业大学、国际植物表型组织(IPPN)主办的第六届国际植物表型大会在南京举行,中国工程院院士盖钧镒认为,农作物表型和基因研究的深度和广度,直接影响到种质资源利用效率和现代种业的可持续发展,南京农业大学正在筹建的作物表型组学重大科技基础设施项目,将在全球范围内组建跨学科研究团队,引领农业植物科学发展,保障国家粮食安全。

  作物表型研究为何受到重视

  生命科学进入基因组时代以来,各种组学的充分发展使人类能从多个层面全面认识生命现象。

  数十年来,特异基因资源的发现及利用成为农业育种的“武功秘籍”。但是,随着多数代表性植物全基因组测序的结束,科研人员越来越认识到植物表型研究的重要性。

  表型,顾名思义就是指可以观测的生命体性状和特征,比如形状、结构、大小、颜色等。表型的精准度量已成为深入认识生命现象形成规律的基础,系统解析生命复杂系统的突破口。

  “在农作物育种研究中,光关注基因型,还是不够的。作物的表型不仅决定产量,还决定品质。”盖钧镒说。

  “比如说,同样的作物、同样的基因,在不同的环境下,生长出来可能就不一样。”南京农业大学副校长丁艳锋解释。

  基因组学正在加速基因的发现,但如何利用这些资源来建立基因功能和开发新基因型,如何将基因组数据用于作物改良,都需要通过表型组学,研究表型与基因、环境之间的关系。

  “我们现在测定基因序列的能力很强,但是我们获取表型的能力很弱,如果我们把这一条补上的话,那么我们就可以在基因型和表型之间搭建一个桥。”丁艳锋说道。

  美国国家科学基金会已将“理解生命规律,通过基因型的鉴定来预测表型”作为6大科学前沿之一。专家认为,作物表型组及其与基因组关系的解析,是高效创制利用种质资源、培育重大突破性品种的根本,代表着作物科学发展的前沿方向。

  表型组学需要唱响中国声音

  在未来的国家竞争中,种质资源作为一种战略性资源,争夺将更趋激烈。

  虽然我国创造了以不足7%的耕地面积养活了全球近1/5人口的奇迹,但是良种对我国作物增产的贡献率仅占35%左右,与国际上优良品种占50%左右的贡献率存在较大差距。

  目前,我国保存的种质资源已达45万份(约2300个物种),必须重视对这些种质资源的利用。但是,传统的作物表型鉴定规模小、效率低、误差大,已成为严重制约品种改良取得重大突破的瓶颈。

  丁艳锋介绍,国内外表型组学已经呈现出五大发展趋势:由科学家个人兴趣转向规模化的合作研究,表型检测手段由单一转向综合化智能化,由单一尺度转向多尺度联合分析,由关键时间点转向全生命周期连续观测,由组内关联分析转向组间关联分析。

  习近平总书记指出,粮食安全是治国理政的头等大事、是维系社会稳定的“压舱石”、是国家发展的“定海神针”。因此,我国迫切需要加强农作物种质表型和基因研究设施建设,探索基因组学理论和各种基因组学技术方法,为种质资源表型鉴定及有效保护提供新手段。

  目前,表型组学作为挖掘种质资源利用广度和深度的有效手段,起跑的发令枪已经鸣响:美国、英国、法国、德国、荷兰、日本、澳大利亚等主要发达国家都在积极布局,相继出台国家级研究计划。

  记者了解到,南京农业大学作物表型组学研究重大科技基础设施建设项目,目前已列入《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》。设施建设内容包括:高通量表型数据采集与鉴定系统、环境模拟与检测系统、表型组—基因组大数据分析与整合系统等。建成后,具有从分子细胞到组织形态多层次、多生境和全生育期多尺度,对6种以上主要作物进行年百万株及日百亩大田表型精准采集与深度解析的能力。

  丁艳锋表示,在前期筹备过程中,南京农业大学已经与英国、法国、德国、荷兰等国家的研究机构合作共建了多个国际联合研究中心。此次会议期间,22个国家的400余位专家,将重点围绕植物表型测量技术、大数据分析及应用、高通量植物表型平台应用三个主题,就植物表型领域前沿理论、技术、方案等进行交流分享。

  (科技日报南京10月23日电)

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