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野草默然成奇葩 |
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中外合作小盐芥全基因测定拉开耐盐植物研究序幕 |
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■本报记者 王静
小盐芥是一种生长在盐碱地的植物，开着芝麻粒儿大小的白色花儿，既没牡丹的华丽，也无荷花的清香，很难入普通人的法眼。但最近几年，它却得到了生物学家的垂青，成为全球近百个生物实验室竞相研究的对象。悄无声息中，这种普通的野草俨然已成为一朵盛开的奇葩。
7月9日，它登上了《美国科学院院刊》（PNAS）。一篇标题为Insights into salt tolerance from the genome of Thellungiella salsuginea（《小盐芥基因组研究揭示其耐逆奥妙》）的文章，公布了其基因的全序列。文章的评审者认为，论文结果揭示了非常有价值的植物抗逆机制，使人们对植物耐盐性机制的理解迈出了一大步。同时，该论文还被《自然》杂志评述为亮点文章。
学界认为，耐盐植物基因全序列的公布，拉开了其深入研究的序幕。
梦想实现的突破点
在盐碱地种植粮食或经济作物是人类的一个梦想，尤其对于中国这样可耕地少、人口多的国家，意义更加非凡。
“土壤中高浓度的钠离子对许多植物及农作物都造成很大伤害，严重影响植物生长和发育，并导致作物大量减产。”中科院遗传与发育生物学研究所研究员储成才说。
他介绍，长期以来，科学家对研究植物耐盐的分子、生理及遗传调控机制进行了不懈的努力。然而，到目前为止，大多数研究工作均以双子叶模式植物——拟南芥为研究材料，而拟南芥是真正的甜土植物。利用该植物为研究材料来揭示植物耐盐性的分子及生理机制，存在很大的局限性。
而与拟南芥同属十字花科的小盐芥，也具有作为模式植物的一系列良好特征：个体较小、生活周期短、自花授粉、种子量大、基因组较小，易于遗传转化，容易在实验室操控，并能耐受500mM高盐（海水一般在300～400 mM盐浓度），同时能耐干旱和零下15摄氏度低温，因而成为科学家们研究植物耐受非生物胁迫逆境机理的理想材料。
中外7个科研团队协同作战
小盐芥全基因序列的揭秘，是由中外7个科研团队历经近3年时间才完成的。
7月9日，当《美国科学院院刊》在线发表这篇文章后，研究项目的发起者、中科院遗传与发育生物学研究所研究员谢旗，终于长长地舒了一口气。
他介绍，科学界对于小盐芥的耐盐研究热潮始于2005年。
当时，美国相关研究机构请他阐述研究小盐芥的重要意义，以提供给相关科研经费的申请部门。
为此，2009年，作为国际小盐芥研究协作组成员的谢旗联络研究所几位各有专长的研究员——王秀杰、陈受宜、储成才和深圳华大基因研究院的王俊，以及美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校教授Han Bohnert、普渡大学教授朱健康带领的研究团队，共同展开了对小盐芥基因的攻坚战。
在国家自然科学基金、“973”计划课题和植物基因组国家重点实验室经费的支持下，7个团队的研究人员通过近3年的奋战，终于成功解析了小盐芥的全基因组序列，并在理解小盐芥在极端环境下生存的遗传机制方面进行了探索。
最大难关是基因组装
“与其他基因不一样，小盐芥基因组重复序列极高，从几十次到千次不等，不仅计算量大，计算方法也要求更加精细，组装很容易出错。”作为项目主要负责人之一的王秀杰的博士生吴华君告诉《中国科学报》记者，“与其他基因组不同的是，小盐芥没有物理图谱，因而组装十分困难。”
但研究人员突破性地利用一种层级拼接方法对普遍使用的Illumina GA II技术所得到的短序列，进行了成功的拼装，获得了234Mb的scaffold（框架）序列，并将其中80%的序列整合到小盐芥的7条染色体上。
研究人员推测，小盐芥基因组存在编码蛋白基因28457个，其中大部分基因都与拟南芥具有一定的同源性。
相比拟南芥，小盐芥存在更多的“应激响应”基因。这些“应激响应”基因，通过大片段基因加倍和基因串联加倍，得到的许多加倍基因使小盐芥获得了良好的高耐盐性。
这几天，吴华君和谢旗课题组的张钟徽博士等7位研究人员，作为论文的共同第一作者，看到自己几年的劳动有了成效，备感欣慰。
《中国科学报》 (2012-07-13 A1 要闻)
