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破译西瓜遗传“密码”的人

发布时间:2012年11月30日 10:16 | 进入三农论坛 | 来源:农民日报 | 手机看视频


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  每年入夏,在北京的大街小巷,人们总能看到水果摊上打出的“庞各庄西瓜”字样的牌子。来自京郊大兴庞各庄镇的西瓜以其脆甜爽口备受北京市民的青睐。庞各庄的西瓜为什么那么甜?如何才能选育出更甜的西瓜品种?如今,这些疑问都已找到答案。

  日前,由国家西甜瓜产业技术体系首席科学家、北京市农林科学院蔬菜研究中心主任许勇率领的课题组,绘制完成了世界上第一张西瓜全基因组序列图谱,成功破译了西瓜遗传“密码”,推动了我国西瓜基础科研水平迈进国际领先行列。这项成果已被收录在最新一期的《自然·遗传学》杂志上。

  首张西瓜基因组序列图谱的完成,只是许勇率领的创新团队的科研成果之一。多年来,在许勇的带领下,北京市农林科学院蔬菜研究中心的科研工作者,不仅能在国际顶尖刊物上发表学术论文,更是将论文写在大地上、成果留在农民家,他们在引领学科方向,支撑产业发展上积累了许多成功经验。

  掌握了基因组序列图谱,就好比有了矿产分布图

  作为世界五大水果之一,西瓜一直是全球重要的经济作物和夏季消暑水果。据联合国粮农组织统计,我国西瓜年产量占世界的67%,也是全球西瓜人均消费量最大的国家。西瓜在调整我国农业种植结构、增加农民收入以及提高人民生活水平等方面发挥着重要作用。

  “西瓜原产非洲,作为一种野生物种,并无甜味。现在人们食用的西瓜都是经过驯化栽培的,已经变得脆甜。我们研究要解决的一个主要问题,就是找到西瓜变甜的奥秘。”许勇和他的团队意识到,要想选育出好的西瓜品种,事半功倍的办法是找到这一物种的遗传密码,要在西瓜功能基因组学研究上下足功夫。

  为此,2008年,由北京市农林科学院蔬菜研究中心牵头组织发起的国际西瓜基因组计划正式启动,科研工作者通过采用“全基因组鸟枪法”测序策略,进行双末端测序,得到了总量约为46G的基因序列数据,由此获得了高质量的西瓜基因组序列。

  “长期以来,栽培西瓜遗传多样性狭窄一直是制约西瓜品种改良的主要因素。谁能破译西瓜的遗传‘密码',谁就能掌握西瓜产业在国际上的主动权。”课题组成员、西瓜基因组文章的第一作者,北京市农林科学院蔬菜研究中心助理研究员郭绍贵介绍说,通过4年多的努力,他们确定了西瓜果实糖积累的代谢途径模型以及关键基因,进而形成了现代栽培西瓜独有的含糖量高、早熟等生物学特征,由此初步探明了西瓜光合产物是如何运输、代谢并在西瓜果实中积累变甜的分子过程。

  “掌握了基因组序列图谱,就好比有了矿产分布图,今后只要按图索骥就可以‘开矿'了。原来我们育种要靠大量的田间试验观察,费时费力,很多时候是靠运气,现在通过基因组序列图谱,能够更加容易获得抗病、甜味等性状。”许勇说道。

  品种选育推陈出新,育种家堪比“调酒师”

  上世纪80年代,由北京市农林科学院蔬菜中心与日本西瓜专家合作选育的“京欣1号”,以其优良的综合性状风靡全国,成为我国西瓜早熟育种里程碑的品种。“当时北京12万亩的西瓜种植面积中,几乎都是我们的‘京欣1号'!”每每回忆起当时的情景,课题组成员、长期从事瓜类遗传与育种研究的研究员张海英感慨万千。

  然而,由于品种混杂、退化严重,以及受枯萎病等病害的影响,原有的“京欣1号”逐渐不能满足市场的需要。同时,由于西瓜种传病害特别是细菌性果斑病的发生,我国的西瓜制种业每年损失严重。西瓜产业要持续发展,急需进行品种的更新换代。

  为了解决这些问题,提高西瓜的品种质量,自1993年起,许勇率领课题组成员重点致力于保护地早熟西瓜品种选育,同时也开展其他类型的西瓜品种以及优良西瓜砧木品种的选育工作,不断推陈出新,为我国的西瓜产业选育一大批优良品种。

  截至目前,他们先后选育了“京欣2-4号”系列等具有自主知识产权的优良早熟西瓜品种,同时建立了西瓜品种健康生产技术体系,为从源头改变我国西瓜品质持续下降的局面提供了技术支撑。

  如今,“京欣2号”已取代“京欣1号”成为了我国保护地西瓜主产区的第一大品种,同类型市场占有率超过50%,2012年更是被农业部确定为唯一一个西瓜主导品种。而其他“京欣”系列品种也广受欢迎,成为全国保护地西瓜生产的当家主栽品种。

  “好的育种家其实就是一名‘调酒师',他要考虑生产者、消费者、经营者等多方利益,保证选育的品种最符合市场的需求,获得最大的利润。”谈到多年来的西瓜育种工作,许勇这样比喻道,“如今,人们甚至对西瓜的形状、颜色和口味也都提出了不同的要求。而西瓜基因组测序的完成,为我们打开了西瓜生长发育的‘黑匣子',为下一步进行西瓜分子标记育种奠定了基础,就像‘调酒师'有了好的配方一样。今后,我们的品种选育工作一定会更有效,选育的品种会更加满足多样化的需求。”

  科技创新紧跟产业需求,品种好坏要让市场和农民来说话

  52岁的贾凤朝是北京市大兴区庞各庄镇南李渠村的西瓜种植户,他和妻子种了30年的西瓜,今年,他的10个瓜棚又大获丰收。见到记者时,他高兴地说:“我们大兴庞各庄的西瓜,几乎用的都是‘京欣'系列品种,瓜甜瓢红,形状周正,根本就不愁卖。今年,一个大棚,种一季西瓜的纯收入能达到了6000~7000元,我下半年再种点蔬菜,还有一笔收入,这日子真是越过越甜。”在全国的其他西瓜主产区,像贾凤朝这样,依靠种植“京欣”系列品种的西瓜致富的农民还有很多。许勇和团队成员紧跟产业需求选育的西瓜品种不仅让农民增收,也带动了一大批种子经销商致富。

  “对于育种家来说,最好的创新成果就是品种,而考量品种好坏的标准,不仅仅是上级部门的审定,更多要让市场和农民来说话。”面对长期以来农业科研单位存在的科研与生产“两张皮”的问题,许勇认为,科研单位除了搞好育种,还要推动科技成果转化,服务西瓜生产发展。为此,全国的西瓜主产区是许勇每年的必去之地,正是通过深入一线,许勇了解了市场和农民的所需所求。

  长期以来,许勇和他的团队建立了一套推广服务体系,先后启动了“百村品种更新示范工程”和“十百千万良种推广工程”,建立起科技人员直接到户、良种良法直接到田、技术要领直接到人的科技成果快速转化新形势,促进了西瓜产业健康发展。

  据了解,近10年来,许勇和他的创新研究团队共推广西瓜及砧木新品种829万亩,亩增效466.2~2970元,总效益60亿元,累计为下属种业企业创收1.08亿元,成为了民族蔬菜种业阻击跨国公司冲击的中坚力量。同时,良种产业化规模连续多年在全国同行中居首位,成为我国优良西瓜品种的主要源头之一。

  “科研只有瞄准产业需求,才能保持持续不断的创新能力。西瓜基因测序的完成,相当于给了我们一把了解这一学科的‘金钥匙',让我们看到了产业发展的新曙光。这对于今后西瓜品种改良和提升我国在世界西瓜产业的竞争力,都将具有深远的意义。”许勇和他的团队信心满满。

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