彭远英(左)与任长忠一起查看燕麦情况。
受访者供图
我国地方裸燕麦品种“三分三”。
近日,四川农业大学小麦研究所彭远英教授研究团队的论文《基于参考基因组揭示六倍体燕麦的起源和进化》在国际知名学术期刊《自然·遗传学》(Nature Genetics)上在线发表,燕麦作为六倍体作物具有基因组大、重复序列含量高等特点,其基因组测序组装一直是世界性难题。彭远英教授研究团队在裸燕麦基因组研究方面取得重大进展,破译了起源于我国并广泛种植的六倍体裸燕麦基因密码,打开了裸燕麦基因组大门。记者了解到,科学家们通过对燕麦基因组的深入研究,发现可以通过基因编辑的方法,改进和开发特定燕麦品种。这对于四川燕麦在平坝地区广泛种植,提高产量,满足人们对健康食品和优质饲草增长的需求,具有重大助推作用。
记者了解到,彭远英教授团队用了3年时间,完成了中国裸燕麦基因组的测序工作,攻下了国外学者奋战十年的难题。谁也想不到的是,上述论文第一作者、常年研究作物DNA的彭远英,最初跨入“农门”时,连玉米都分辨不出来。那么,她和燕麦之间有着怎样的缘分故事?
时间回到2005年,彭远英从山东曲阜师大遗传学教研室的一名普通教师成功考入四川农业大学,跟随小麦专家郑有良教授攻读博士学位。过去一直学生物学的她,“跨界”踏进了“农门”。
刚到小麦研究所不久,她就出了“洋相”。站在一片刚出苗不久的玉米地前,她问:“这是不是鸢尾”?一旁的老师很惊讶:“你一个学农的,连玉米都不认识?”从那时候起,她便从地里头最基础的内容开始补起。
小麦所魏育明老师把从加拿大带回的燕麦属包括野生和栽培物种的全套材料给了彭远英,她与燕麦之间的故事就此展开。留校工作之后,身处一群小麦人中间,彭远英说:“平常周围的老师同学开会、交流讨论的都是小麦,就我一个人研究燕麦,感觉自己一直没什么存在感。”
回想起来,彭远英笑着调侃自己“就像混进麦地里的一棵杂草”。这根“杂草”默默无闻,“干着自己该干的事情,期待着有一天破土发芽。”
这些年,国家燕麦荞麦产业技术体系首席科学家任长忠研究员带领彭远英从国家燕麦产业技术体系项目中最基本的产业调研和栽培工作做起,连续五六年,她都奔波在西昌、会东、盐源、昭觉、美姑等地。四川的燕麦产区都在比较偏远的山区,这些地方都留下了她的足迹。
在田间地头调研燕麦生产存在的问题,让她看到了燕麦研究潜藏的机遇。“实验表明,燕麦可以在四川平坝地区进行两季种植,因为四川弱光照的条件非常适合燕麦饲草的生长,且饲草品质非常好。”彭远英说。
“燕麦虽然具有极高营养价值,但要挖掘高产、优质或是抗性基因等燕麦重要性状相关基因资源,都必须有基因组图谱这个基础框架。”这成为彭远英后来下决心画出燕麦基因组图谱的一个重要原因。
“10年前,国外同行就开始做皮燕麦的基因组测序研究,但由于难度较大,迟迟没有结果。”彭远英原本打算等国外研究结果出来后再进一步深入研究,然而一等再等都没等到结果。她意识到,科研绝不能等和靠。
2018年,她下定决心要敲开燕麦基因组这扇大门。在国家燕麦荞麦产业技术体系和国家自然科学基金等项目的支持下,四川农业大学—吉林省白城市农业科学院燕麦联合研究团队与中国科学院遗传与发育研究所、四川大学、西昌学院、中国农业科学院等展开合作,正式启动裸燕麦基因组测序工作。
面对一轮又一轮的测序和海量数据分析,“时时刻刻都在抢时间”成了彭远英的常态。
通过对“三分三”海量细致的研究,彭远英终于和团队一起,绘制出了燕麦基因组21对染色体的分子图谱,注释出了12万个蛋白编码基因,并且鉴定了1269个抗性基因,获得了裸燕麦的高质量参考基因组。他们还通过对659份不同来源地的栽培燕麦进行全基因组关联分析,勾勒出了整个燕麦属物种的进化模式,根据参考基因组序列和注释信息预测了燕麦皮裸籽粒等重要性状相关的关键基因位点,体现了参考基因组在重要性状基因挖掘和燕麦分子育种方面的重要价值。
据任长忠介绍:“期待研究结果能进一步推动燕麦的应用基础研究和分子标记育种等工作,让裸燕麦的‘中国芯’插上产业化的翅膀,努力让中国燕麦科技创新与产业发展更上一层楼。”