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云南金钗石斛全基因组精细图谱完成花费一年半时间

来源:春城晚报  作者:杨质高  |  2013/10/12  |  293人喜欢

美编 合婉娴 画

近日,“云南完成铁皮金钗石斛全基因精细图谱绘制”的消息,让许多人为之振奋,这是云南主导完成的第一个植物基因组,标志着铁皮金钗石斛研究进入基因时代。早在2012年底,云南金钗石斛种植面积已超过6万亩,产值达到30亿元。可什么是全基因组图谱,它到底有什么用呢?就让金钗石斛全基因精细图谱的绘制人之一、昆明理工大学生命科学学院教授董扬来为读者答疑解惑吧!

基因是什么

十指相握哪个拇指在上 这其实是基因决定的

要了解全基因组图谱,要先了解什么是基因。先来做个实验,双手十指交叉相握,有的人左手大拇指在上,有的人右手大拇指在上,这是为什么呢?网络上的说法很多,还有的甚至扯到了电视剧《亮剑》上:左大拇指在上的人多理性,记忆力好,反应快,身体内有隐性左撇子基因,思想易集中,学习能力强,创造力强,自我,主观武断,不易听进别人的意见,性格脾气相对急噪,容易发胖,也容易成就大事。智商相对比情商高。如《亮剑》中李云龙。

右大拇指在上的人多感性,性格相对柔和,记忆力一般,脾气好,细腻,替他人考虑居多,有时优柔寡断,注意力容易分散,爱操心。学习能力稍弱,模仿能力强。身材相对瘦削。情商相对比智商高。如《亮剑》中的政委赵刚。

“其实,这是由身体内的一个基因决定的。”昆明理工大学生命科学学院教授董扬说,“与舌头卷不卷得起来一样,都是基因造就的。”

还有人们熟悉的俗语“种瓜得瓜、种豆得豆”,其实也是由基因决定的。父母把自己的基因遗传给下一代,生出来的小孩多少会像父母。

为何要了解

全基因组图谱 为你解秘物种的生老病死

“基因”,顾名思义,即基本因子、基本要素之义,是遗传信息的载体和遗传物质的最小功能单位,是指DNA分子中特定的核苷酸序列。

人类有24条不同的DNA分子,共包含约30亿对碱基即核苷酸,其中蕴含着人类所有的遗传密码乃至人的生、老、病、死之谜。除了人类基因组计划已经完成外,人类还成功绘制了水稻、玉米、梅花、朱鹮等动植物的基因组。

董扬说,碱基的不同排列方式、碱基的多少、碱基的有无就导致了生命体千差万别的现象。基因组图谱,是将基因在染色体上的分布状态、排列顺序等综合一起而绘成的图谱。有了一张详尽的基因组图谱,就可以明确染色体上基因间的距离及它们间的相互关系,对新基因进行定位。

如果把生命比作由几十亿个积木构成的庞然大物,画出了基因组图谱就相当于画出了这几十亿个积木的位置和形状。接下来的工作,就是要分析每一个积木的作用和功能,从而搭建出新的生命。

基因的作用

缩短育种周期 可预测物种未来性状

人类基因组计划于1990年启动并于2003年顺利完成,总共花费了56亿美元。铁皮金钗石斛全基因组精细图谱,采用最新的第二代测序技术和近期刚刚引进国内的第三代单分子测序技术,花费了一年半的时间。有人不禁会问,人们为什么要花那么长时间去绘制全基因组图谱。

有了基因组图谱后,人们育种的速度会大大提高,还可以很精确地得到人们需要的高产、抗病、抗旱等优良性状。

比如,三七是云南重要的中药材,但其育种非常麻烦,它要长到3岁时才开花结果,结7年果后就不结果了。有了三七的基因组图谱,材料一培育出来,通过分析它的基因,就能预测它是否具有人们需要的高产、三七皂苷含量高、抗病等性状,就不需要苦等3年了。

设计育种 可以切洋葱不再流泪

除了可以缩短育种周期外,全基因组图谱还可以让育种专家做到“设计育种”。

人类育种一开始是人工选择,比如在人类起源之初,他们采捕完之后有一些植物种子、动物幼崽剩下,突然有一天不小心种子发芽了、动物怀孕了。这就是第一代育种,盲目的,从野生的变成家养的。

第二代育种是人工选择,就像《天工开物》上记载的,做一些人工的选择,哪些好,就把它就选出来,不好的就淘汰。

第三代就是杂交育种。可以使生物的遗传物质从一个群体转移到另一个群体,是增加生物变异性的一个重要方法。

第四代是转基因育种,大豆、棉花、玉米、水稻等都有转基因品种。根据人类的需要,经DNA重组与遗传转化,或直接运载进入受体作物,优良基因几代都能遗传后就可以进行田间试验。

第五代是设计育种,根据需要基因可以产生任何排列组合。

“那会不会出现超级动植物?”记者问。

“肯定会的。”董扬说,举个例子,切洋葱的时候会流眼泪,控制洋葱分泌流眼泪物质的是小分子化合物。通过技术,可以敲除这个小分子化合物,切洋葱时就不会流眼泪了。

外界环境 也会影响基因表达

当然,就算是掌握了动植物的全基因组精细图谱,人类也还不能自由创造生物。

《晏子春秋·杂下之十》有言:“婴闻之:橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳,叶徒相似,其实味不同。所以然者何?水土异也。”全基因组图谱,只是帮助人们更好地了解生物体的所有基因。但环境因素会对基因组产生一些修饰,导致基因表达上有一些差异,就像同样的水稻品种,施肥与不施肥,长得就不同。

董扬就曾做过同卵双生山羊的研究。把同卵双生的两只山羊放在不同的地方饲养,发现它们肉的品质有差异。“但是研究发现,它们的甲基化差异不是很大,所以我们认为环境对动植物的生长影响还是有限的,不像基因组那么直接。”

铁皮金钗石斛全基因组精细图谱绘制项目,由云南农业大学联合普洱市普洱茶研究院,在中科院昆明动物研究所的技术支持下完成。标志着铁皮金钗石斛研究进入基因时代,它将让云南金钗石斛产值从2012年的30亿元上升到新的空间。

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