宋卫宁教授团队承担并完成世界首个六倍体小麦基因组图谱中7DL染色体密码破译工作

来源:宣传部 | 作者:李晓春 | 发布日期:2018-08-19 | 阅读次数:

  

  8月17日,《科学》杂志在线刊发题为“Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome”的研究论文,标志着世界上首个六倍体小麦基因组图谱完成。论文由国际小麦基因组测序联盟协作完成,我校旱区作物逆境生物学国家重点实验室宋卫宁教授团队作为中国唯一参与并承担实质性研究工作的团队,完成了其中7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。这也是我校国际合作交流取得的重大成果。

  小麦是作为世界各地最为广泛种植的谷物之一,相较于其他作物,小麦是唯一一个尚未完成全基因组测序的物种。原因就是小麦基因组体量庞大,是人类基因组的5倍,是水稻基因组的40倍,同时又是作为典型的异源多倍体基因组,重复序列极高。

  为了实现获得面包小麦的高质量基因组序列愿景,2005年开始,国际小麦基因组测序联盟将普通小麦品系“中国春”的21条染色体进行了分离,并构建了相应的细菌人工染色体文库,后续的物理图谱构建、细菌人工染色体测序和序列的组装与分析则由联盟各成员分担。

  在国外期间,宋卫宁就积极与国际小麦基因组测序联盟磋商,2006年2月全职来到我校农学院工作后,同年7月正式加入该联盟,并成为联盟决策委员会唯一中国成员。2008年小麦3B染色体物理图谱完成后,国际小麦基因组测序联盟主席RudiAppels教授应邀来校访问,在时任校长孙武学、副校长吴普特和其他校领导的支持下,2009年,学校为宋卫宁团队提供了500万元科研经费,购买测序仪等大型实验设备,建设小麦基因组学科研平台,支持其团队开展小麦7DL染色体物理图谱构建工作。

  宋卫宁介绍说,小麦7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作是一个全新的探索,没有经验可循,仅7DL染色体的大小,就相等于整个水稻基因组。但物理图谱构建及序列组装、分析和破译的工作量,要远远超过相应的水稻基因组。“参与的师生数量可以坐满一节车厢了。”他笑着说。在此过程中,团队成员基本没有节假日、没有寒暑假的概念,全力投入海量数据的测序和破译工作,付出了极大代价,经费负数的时候,无奈向学校借了100多万元,走错了路重新再来的现象更是时有发生。但宋卫宁团队顶住巨大的压力,始终坚持不懈,先后争取到国家“863”和其它项目的支持,沿着当初确定的目标持续发力。“十年磨一剑”,经过近10年的不懈努力,终于完成了7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。

  “正是学校国际合作交流处的鼎力支持,让我们团队多次到国外参加相关学术会议,并邀请国际基因组学专家RudiAppels、Peter Langridge、罗明诚、张洪斌等来校交流,为我们与世界一流科学家一起探讨、研究提供了有力保障。”宋卫宁表示。

  世界首个六倍体小麦基因组图谱完成,可以说是获得了研究小麦的一个密码本,用新加坡《南华早报》的评价,此项工作标志着征服了遗传学的“珠穆朗玛峰”,可以帮助科研人员更好地掌握小麦生长发育的规律。这个研究工作是国际大协作的结晶,作者有200多人,隶属20多个国家的70多个单位。宋卫宁团队不但负责了7DL染色体的分析工作,还参与了小麦全基因组两种不同物理图谱分析结果的整合。因此宋卫宁教授的名字在这篇科学杂志的论文作者名单中出现了两次。

  未来,我们还将继续开展序列分析工作,将小麦基因组的进化、序列与分子育种、遗传育种结合起来,培育高产、抗旱、抗盐、抗病虫的小麦新品种,更好应对全球气候变化及人口膨胀带来的食品短缺的挑战,为小麦基因组改良工作奠定基础。宋卫宁表示。

  宋卫宁团队成员简介

  宋卫宁,1982年1月湖南农业大学植保系植物保护专业毕业,1987年8月获澳大利亚阿德莱德大学微生物生理专业硕士学位,1994年12月获阿德莱德大学麦类基因组学博士学位, 1992年-1997年任澳大利亚昆士兰农业生物技术中心及南十字大学植物遗传资源保存中心分子生物学家,1997年-2002年任澳大利亚昆士兰州政府莱丝里研究中心分子生物学实验室负责人,2002年5月-2006年1月任以色列海法大学进化研究所高级研究员,2006年2月全职来到我校农学院工作。先后主持和参加科研项目20余项,围绕小麦基因组物理图谱构建及测序、小麦起源、驯化及进化、植物抗逆的分子生物学基础及野生麦类优异种质资源挖掘及基因发掘等领域开展研究工作。目前主持国家自然科学基金国际合作项目“优异抗旱小麦种质的筛选、相关基因挖掘及育种利用(31561143005)”,国家自然科学基金面上项目“恶性入侵植物紫茎泽兰种群遗传特性与入侵机制研究(31471825)”和“大麦盐胁迫相关miRNA的鉴定与功能分析(31271705)”,十三五国家重点研发项目子课题“小麦重要基因单倍型分析(2016YFD0100302)”和“小麦重要性状的功能基因组与调控网络(2016YFD0101004)”,农业部948项目“国际干旱地区农业研究中心优异抗旱耐盐小麦种质资源的引进与利用(2010-S1)”等。参与编著Taylor & Francis CRC 出版社和Springer Science出版社出版的英文专著4部。

  2. 聂小军, 2007级7月西北农林科技大学农学院农学专业毕业,2013年6月获我校作物遗传育种博士学位。博士期间主要参与了小麦基因组7DL的分析以及紫茎泽兰基因组分析工作。2013年7月留校任教工作,研究方向为植物基因组学,植物抗逆种质与基因发掘。

  3. 童维,2000年毕业于华中师范大学,同年到北京华大基因研究中心生物信息部工作,参加了1%人类基因组、水稻基因组等重大研究项目。2013年1月获得中科院北京基因组研究所的博士学位(生物信息学方向),研究方向生物信息学、植物系统生物学。

  4. 杜向红,1982年8月毕业于湖南医学院(现中南大学湘雅医学院),曾在解放军163医院、澳大利亚ForBio公司和以色列海法大学工作。2006年来我校农学院工作。

  5. 主要参与本项目的博士生:崔立操、冯克伟、王乐。


编辑:张琳     终审:闫祖书