多国合作编纂“小麦字典”：六倍体小麦基因测序完成

■任芳燕，本报见习记者

小麦基因组学“词典”诞生了。

8月17日，《科学》在网上发布了一项为期13年的研究:六倍体小麦“中国之春”基因组图谱的完整版本。这项成就由国际小麦基因组测序联盟(IWGSC)领导，作者来自20多个国家的70多个机构。

这本“字典”能做什么？小麦不抗倒伏，抗旱，种子大或小，营养价值高，但与之相关。

西北农林大学干旱地区作物逆境生物学国家重点实验室教授宋卫宁于2005年参与了这项研究，他告诉《中国科学》，“就像破译人类基因密码一样，有了小麦基因组图谱，小麦育种和基因研究可以向前迈进一大步。”

然而，在许多主要农作物中，完整的小麦遗传图谱可以被描述为“然而，在她向我们走来之前，我们打了一千次电话并催促过她”。小麦基因组是一个典型的异源多倍体，由3组不同的基因组组成，其大小是人类基因组的5倍，是水稻基因组的40倍，很难破译。

同时，小麦基因组中重复序列的含量极高，一些媒体开玩笑说相关研究正面临“噩梦般的挑战”。

国际小麦基因组委员会主席、澳大利亚墨尔本大学研究员鲁迪·爱普尔斯公开表示，小麦基因组测序就像“攀登珠穆朗玛峰”。

但是“珠穆朗玛峰”并非遥不可及。在此之前，来自许多国家的研究人员已经就小麦基因“写了文章”，建立了一个又一个里程碑。

2008年，法国农业科学院的研究小组发布了小麦中最大的染色体——3B染色体的物理图谱。2013年，中国科学院遗传发展研究所和中国农业科学院作物研究所分别完成了小麦祖先的A和D基因组草图。2017年，IWGSC宣布完成小麦品系“中国之春”染色体物理图谱的构建

宋卫宁告诉记者，许多早期科学家认为小麦基因组测序在技术层面上难以实现。然而，研究突破的不断出现给了更多科学家希望，小麦基因组图谱的前景也逐渐明朗。

然而，小麦基因组特别大，重复序列含量高，必须采用“分而治之”的策略。"我们的技术路线是分离染色体-建立细菌人工染色体文库-构建物理图谱-序列."宋卫宁说道。

首先，所有染色体根据大小和长度分开。小麦的21条染色体分为三组，分别命名为a组、b组和d组，每组包含7条染色体，分别编号为1A、2A、3A等。每条染色体也可以分为长臂和短臂。

捷克研究小组负责染色体的初步分离和BAC文库的构建，然后由IWGSC协调委员会牵头。各国成员根据自己的条件“一个接一个地主张”，分别完成后续的物理地图构建和BAC测序。

宋卫宁的实验室负责小麦7D染色体的长臂。目前，可以确定该染色体的许多间隔与小麦产量、种子大小、抗锈病性和其他性状密切相关。

"这是目前最完整的六倍体小麦基因组图谱."在过去的九年里，宋卫宁带领团队完成了这项任务，他有些激动。“有了这本‘参考书’，以前无法完成的实验现在可以完成了。以前研究过的仍然可以做得更充分。将来，我们还可以研究小麦的进化，探索基因序列与生活环境的关系，更有效地加快小麦育种进程。”

相关论文信息:DOI:10.1126/science.aar7191

中国科学新闻(2018-08-20，第一版集锦)