日前，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院加工番茄生物育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)牽頭多家單位，歷時(shí)7年攻關(guān)的《超級泛基因組研究揭示野生和栽培番茄物種基因組和結(jié)構(gòu)變異多樣性》科研成果，在全球頂級科學(xué)期刊《自然·遺傳》上發(fā)表。這是新疆農(nóng)科院自1955年成立以來首次以第一單位在《自然·遺傳》上發(fā)表論文，也是新疆科研單位的首次。
新疆既不是番茄的發(fā)源地，也不具備多樣化的野生番茄種質(zhì)資源，卻因這項(xiàng)研究成果一夜之間引起全球番茄育種乃至生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜业募w關(guān)注。這究竟是一項(xiàng)什么樣的研究成果？這項(xiàng)成果將為新疆番茄生物育種研究帶來什么？記者就此進(jìn)行了采訪。
新疆成為番茄遺傳資源富集區(qū)
“全世界一共研究出13個(gè)番茄種的基因組，我們現(xiàn)在掌握11個(gè)。”新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長、研究員、加工番茄生物育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)學(xué)科帶頭人余慶輝說。
據(jù)介紹，該研究利用第三代單分子實(shí)時(shí)測序技術(shù)、全基因組光學(xué)圖譜技術(shù)和高通量染色體構(gòu)象捕獲測序技術(shù)對11個(gè)番茄種進(jìn)行基因測序組裝，組裝出11個(gè)染色體水平高質(zhì)量基因組，打開了番茄屬遺傳資源領(lǐng)域研究的寶庫，使新疆從種植大區(qū)一躍成為世界番茄遺傳資源富集區(qū)。
目前，中國已成為世界第一大番茄生產(chǎn)國，品種對番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。近年來，借助多元化的育種技術(shù)，育種專家對野生番茄持續(xù)進(jìn)行改良，培育出了各具特色的栽培番茄品種，使番茄的抗病性、產(chǎn)量、固形物含量等特性顯著放大，滿足了產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。
“有時(shí)產(chǎn)量提升了，卻失去了風(fēng)味，很難有兼顧各方需求的完美品種。”新疆農(nóng)科院加工番茄生物育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)副研究員李寧說，很多人反映現(xiàn)在的番茄沒有過去好吃了，其實(shí)就是在品種選育的過程中，為了突出產(chǎn)量等特性，人為導(dǎo)致丟失了風(fēng)味特性的一種結(jié)果。
生物育種技術(shù)正是有望解決育種環(huán)節(jié)特性難以兼顧問題的鑰匙。李寧說，育種專家如果能找到關(guān)系番茄風(fēng)味特性的基因片段，將這些基因片段整合進(jìn)選育的番茄品種基因中，就有可能找回番茄“失去的味道”。
要做到這一點(diǎn)，對基因的掌控至關(guān)重要。一方面要研究清楚一個(gè)物種到底有多少基因，有哪些規(guī)律可循；另一方面要展開針對性狀特征的研究，搞清每一個(gè)基因關(guān)系著哪些性狀特征。
“我們所做的工作重在解決第一個(gè)問題，是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。”余慶輝說，自2018年研究工作啟動(dòng)以來，這個(gè)團(tuán)隊(duì)收集了8個(gè)野生番茄種、1個(gè)番茄近源野生種和2個(gè)栽培番茄代表性品種，構(gòu)建了番茄屬泛基因組，解析了番茄屬基因組特征，重構(gòu)了番茄屬系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，為下一步基因的分型研究提供了平臺。
“這是一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)寶庫。”余慶輝說，研究找到了上千個(gè)包含番茄遺傳密碼的基因。其中，在野生番茄資源中克隆到一個(gè)能顯著增加分枝數(shù)且果實(shí)數(shù)量增加67.1%的新基因，對今后加工番茄品種創(chuàng)新具有重大價(jià)值，然而這仍是研究成果的冰山一角。
基礎(chǔ)研究是整個(gè)學(xué)科體系的源頭和根基。番茄超級泛基因組研究的成果有望有效解決目前番茄種間遺傳多樣性喪失、改良過程存在嚴(yán)重遺傳瓶頸這一世界難題，將為這一研究領(lǐng)域構(gòu)筑牢固地基，未來或?qū)⒂懈有蹅サ目蒲?ldquo;大廈”拔地而起，成果價(jià)值將難以估量。
彰顯中國科研人員使命擔(dān)當(dāng)
余慶輝介紹，新疆農(nóng)科院番茄超級泛基因組的研究數(shù)據(jù)將逐步公開，讓世界范圍內(nèi)更多科研人員分享基礎(chǔ)研究成果，讓后續(xù)研究能夠造福全人類。
在余慶輝團(tuán)隊(duì)開啟番茄超級泛基因組研究之前，全球?qū)崿F(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)共享的番茄基因組只有2個(gè)，供育種專家選擇的遺傳資源十分有限。部分跨國大型種業(yè)公司也在開展相關(guān)研究，但研究成果直接為企業(yè)后續(xù)育種環(huán)節(jié)服務(wù)，成為具備知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)壁壘，引進(jìn)這些研究成果必然價(jià)格昂貴、受制于人。
“科研沒有捷徑。”余慶輝說，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的邊界已不再明顯，繞過基礎(chǔ)研究搞應(yīng)用領(lǐng)域研究，輕則科研成果“地基”不穩(wěn)，重則關(guān)鍵技術(shù)受制于人。
基礎(chǔ)研究的重要性不言而喻。雖然地處國內(nèi)科技發(fā)展相對滯后地區(qū)，但新疆農(nóng)科院研究團(tuán)隊(duì)決定投入巨大的人力物力，從基礎(chǔ)研究做起來提高番茄育種水平。
“等著用成果的人遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于潛心研究的人。”余慶輝說，基礎(chǔ)研究周期鏈條長，轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn)高，相關(guān)成果等不來要不來，必須靠自己。
要實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)國際性的研究成果，研究過程不會(huì)是一路坦途。即便做好充足的應(yīng)對，在科研路上仍會(huì)遇見很多攔路虎。基礎(chǔ)設(shè)施欠賬多，缺少必要設(shè)備，基因組裝技術(shù)不成熟……在國內(nèi)同行的大力支持下，研究團(tuán)隊(duì)解決了一個(gè)個(gè)現(xiàn)實(shí)的困難。
“關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過。”余慶輝說。幸運(yùn)的是，近年來，國家和新疆維吾爾自治區(qū)出臺一系列支持政策，扎實(shí)推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，持續(xù)加大科技研發(fā)投入力度，重點(diǎn)用于關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、基礎(chǔ)研究、平臺建設(shè)等領(lǐng)域，科技創(chuàng)新環(huán)境持續(xù)優(yōu)化，進(jìn)一步堅(jiān)定了科學(xué)家開展基礎(chǔ)研究的信心，有什么困難就解決什么困難，最終造就了驚艷世界的研究成果。
“基因數(shù)據(jù)共享全世界，這是我們中國科研人員的使命擔(dān)當(dāng)。”余慶輝說。
吸引國際人才來疆開展研究
超級泛基因組研究成果在為各國科學(xué)家提供研究支撐的同時(shí)，必然會(huì)引起育種及相關(guān)行業(yè)的激烈競爭。新疆農(nóng)科院的研究成果進(jìn)行國際共享，絕不意味著拱手讓出先發(fā)優(yōu)勢。
“按照慣例，我們會(huì)用未來2—3年的時(shí)間逐步共享基因組數(shù)據(jù)。”余慶輝說，這是留給中國科研人員寶貴的窗口期。他和團(tuán)隊(duì)成員來不及過多慶祝，就已投入到后續(xù)的科研工作中。
目前，番茄超級泛基因組研究成果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在應(yīng)用領(lǐng)域還有大量的價(jià)值有待挖掘。簡單地說，在已知番茄具備哪些基因的基礎(chǔ)上，要抓緊研究這些基因的功能，并運(yùn)用于育種環(huán)節(jié)，形成具備市場競爭力和自主知識產(chǎn)權(quán)的番茄新品種，實(shí)現(xiàn)從科技成果向產(chǎn)業(yè)發(fā)展成果的轉(zhuǎn)化。
余慶輝說，要利用好這個(gè)窗口期，不僅要長期做好品種選育工作，還需要吸引更多人才，開發(fā)研究番茄基因功能，形成更多有價(jià)值的研究成果，這會(huì)對現(xiàn)有團(tuán)隊(duì)提出更加苛刻的要求。
一個(gè)好現(xiàn)象是，得益于長期堅(jiān)持開展基礎(chǔ)研究，并在國際知名期刊發(fā)表論文，新疆農(nóng)科院加工番茄生物育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)完成了一次筑巢引鳳，吸引全球科研工作者來到新疆開展課題研究。
最近，在德國完成兩輪博士后研究工作的劉昭軍博士來到新疆農(nóng)科院，很快將走上工作崗位，開展植物營養(yǎng)和根系生物學(xué)相關(guān)研究。
“這里開展科研的養(yǎng)分充足，我有十足的信心做好科研工作。”劉昭軍說，豐富的基礎(chǔ)研究成果是吸引他來新疆的主要原因，相信一定能通過未來的研究工作，在新疆農(nóng)科院這片科研沃土上結(jié)出寶貴的科研成果。
吸引國際人才來疆，劉昭軍并非個(gè)例。這兩年，加工番茄生物育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)已收到來自澳大利亞、印度等多國科研人員投來的簡歷，組建一支國際化的研究團(tuán)隊(duì)、共同開展國際前沿領(lǐng)域研究已不是一件遙不可及的事。
余慶輝說，2023年，新疆農(nóng)科院將積極探索院企融合、院院合作等發(fā)展模式，構(gòu)建科研單位與企業(yè)、科研單位與科研單位之間的協(xié)同創(chuàng)新格局。同時(shí)，進(jìn)一步深化拓展國際合作，不斷提高新疆農(nóng)科院科研平臺影響力與吸引力，為建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)區(qū)貢獻(xiàn)科技力量。
