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科学家成功破译水稻基因图谱

时间:2009/2/20 17:21:42 来源:光明网

  近日,科学家已完全破译世界上最重要的农作物———水稻的基因图谱! 因为工程浩大,水稻基因图谱被称为“基因天书”,为了破译“天书”,10个国家的32个科研机构进行了长达6年的努力,而中国科学家功不可没。

  他们完成了迄今为止最精确、完整的水稻全基因组序列,被许多人看做是解决世界粮食问题的重要一步。这项突破的支持者表示,了解水稻的遗传密码会使科学家研制出产量更高的新水稻品种,维持地球上越来越多人口的生活。

  与破译人类基因组相媲美

  8月10日公布的这一成果,被认为是破解了人类饮食的一个重大难题。因为通过对水稻基因组进行全序列分析,人类能获得大量的水稻遗传信息和功能基因,为培育高产、优质、美味的水稻品种打下基础,并有助于了解小麦、玉米等其他禾本科作物的基因组,从而带动整个粮食作物的基础与应用研究。它在农业生产上的意义,完全可以与人类基因组计划对人类健康的意义相媲美。

  “国际稻米基因组序列项目”的科学家来自10个国家的32个机构。按照日程安排,该项目已提前3年完成。得出的基因序列结果已经被用于辨别控制植物生长基本过程的基因,比如控制开花的基因。稻米和大麦的相似性,已使科学家确认,哪些基因可以使大麦避免罹患两种主要的病害,比如大麦粉霉病和茎锈病。

  项目协调人、日本科学家佐木卓治兴奋地表示:“这是继人类基因组计划之后,科学家完成的又一项重要测序工作!而且比原计划提前3年完成!”相比3年前的“草图”,新绘制的“精细图”覆盖率达到95.3%,误差率不超过万分之一,并首次在高等动植物中完成了对着丝粒的测序。

  地球大半人口靠水稻养活

  水稻在人类饮食结构中占有主导地位,在全球半数以上人的饮食结构中占80%。但其产量必须在未来20年内增长三分之一,才能满足人口快速增长的发展中国家的需要。科学家们完成破译的水稻基因图谱表明,水稻有37544个基因,比人类基因组多7500个,它们排列在12个染色体上。水稻基因图谱刊登在最新一期的《自然》杂志上。

  美国马里兰州罗克维尔市基因组研究所的植物学家罗宾·布伊尔博士说:“水稻是非常重要的一种农作物,此次完成水稻基因排序是科学史上的里程碑。”该研究所参与了水稻基因组序列计划。

  布伊尔博士说:“我们知道科学界可利用这些数据去开发新品种,这些品种不仅产量高,而且可以在恶劣的环境条件下生长。水稻基因图谱将大大加快人类寻找产量高、可预防病虫害的基因的步伐,或者加快寻找增强水稻和其他谷类作物抗旱性基因的速度。”美国新泽西州的约阿希姆·梅辛博士说,稻米的特性也和世界上所有主要的谷物十分接近,它们全都来自一个共同的草类祖先,比如大麦、玉米、小麦、高粱等。知道水稻基因组的细节有助于科学家深入了解其他作物。

  梅辛博士说:“这一突破的意义难以估量,它不仅具有科学和农业生产方面的价值,而且是人类的福音。在所有庞大的草禾本科植物基因组中,稻米的基因组是最为复杂的。”

  各国科学家携手攻关难题

  美国马里兰州洛克维尔的基因组研究所所长克莱尔·弗雷泽说:“如同人类基因组的突破给生物领域带来革命性的进展一样,稻米基因组的确定,会促进新的谷物的研究。这是在农业上取得进展迈出的重要的一步。”

  发表在《自然》杂志上的这一研究成果,包括了稻米的两种主要品系:日本品系和印度品系。这两个品系的样本是由两家生物技术公司瑞士先正达公司和美国孟山都公司提供的。他们也是在这两家公司的初期工作基础上进行的研究。

  2002年,20位著名科学家对跨国公司将其掌握的水稻基因数据作为商业秘密保守的计划进行了批评,他们强调了公开水稻基因组的意义。此后,这两家公司开始向水稻基因组序列免费提供其所掌握的数据,使得该计划能够按时完成。

  该研究报告的主要作者、纽约冷泉港实验室的理查德·迈克比教授说:“研究揭示了水稻基因组的数千个基因标记或路标,它们可供农作物种植者和其他致力于提高水稻产量的工作者直接使用。这也是第一种完成基因组排序的农作物,因此,水稻将成为利用基因组序列信息,改善农业多领域研究的先进"模范"。”

  中国科研人员功不可没

  其实,早在2002年4月,美国《科学》杂志便报道了中国科学家在水稻基因组研究方面所取得的非凡成就。那一期的《科学》杂志封面就是一幅典型的中国梯田画卷:远处青山绿水,近处金黄稻田层次分明。封面左下方特别突出了一个棕色方块,两个稻穗上写着三个英文词:水稻基因图。

  翻开杂志,一篇长达14页的论文尤其引人注目———《水稻(籼稻)基因组的工作框架序列图》。这是由中国北京、杭州华大基因研究中心暨中国科学院基因组信息学中心、中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国杂交水稻研发中心以及美国华盛顿大学等12个单位合作完成的杰出成果。《科学》杂志社论评价说,水稻基因组框架图的论文是该领域“最重要意义的里程碑性工作”,“永远改变了我们对植物学的研究”,对“新世纪人类的健康与生存具有全球性的影响”。

  当时,中国科研人员取得的成就已经在世界上引起轰动,现在,水稻基因破译已经全部完成,在此次国际分工中,以中科院上海生命科学研究院国家基因研究中心为首的项目组负责第4号染色体精确测序任务,位于我国台湾的“中央研究院”植物研究所则揽下了第5条。在上海和台湾科学家的共同努力下,我国对国际水稻基因组计划的贡献率达20%,被舆论誉为“写下了绚烂的中国卷”。


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