近日，浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院傳來(lái)喜報(bào)：張國(guó)平教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，代表中國(guó)參與完成的破解大麥基因組的研究成果，登上了英國(guó)《Nature》(自然)期刊，并成為當(dāng)期（4月27日）的封面文章。
在這篇文章中，公布了國(guó)際大麥測(cè)序聯(lián)盟(IBSC)在大麥基因組精細(xì)圖譜研究上取得的重大研究成果，《自然》雜志同時(shí)還刊登了題為“基因組學(xué)：大麥基因組破解”的雜志社專題特別報(bào)道。
人類馴化種植了一萬(wàn)年的大麥，首度被破解基因組
大麥?zhǔn)侨虻谒拇蠛坦阮愖魑铮蝗祟愸Z化了已經(jīng)有一萬(wàn)年。它既是糧食和飼料，也是生產(chǎn)啤酒的重要原料。
“在我國(guó)，大麥栽培面積曾經(jīng)達(dá)一億畝以上，是非常重要的農(nóng)作物。”張國(guó)平教授告訴記者，“在浙江，也曾經(jīng)有600萬(wàn)畝栽培面積。可以說(shuō)，浙江很適合栽培大麥，特別是啤用大麥。”
不過(guò)，破解大麥基因組卻是一件極其困難的工程。
“因?yàn)榇篼溁蚪M全長(zhǎng)5.1Gb，是水稻基因組的11倍，含有3.9萬(wàn)多個(gè)蛋白編碼基因，且有大量多拷貝基因，形成復(fù)雜的基因家族，并富含轉(zhuǎn)座因子。”
通俗地講，這是一個(gè)巨長(zhǎng)無(wú)比的基因迷宮，且在人類一萬(wàn)年的種植過(guò)程中不斷變異。而大麥遺傳與育種研究要取得突破性成果，高質(zhì)量的大麥基因組參考序列是必不可少的。
因此，基因組測(cè)序的研究成果一發(fā)表，就登上了《自然》雜志封面。
為了這個(gè)成果，國(guó)際大麥測(cè)序聯(lián)盟(IBSC)耗費(fèi)了近10年時(shí)間，綜合運(yùn)用包括染色體構(gòu)象作圖和生物納米作圖等多種最先進(jìn)的測(cè)序和組裝技術(shù)，利用約2.5Tb大麥基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，組裝完成了一個(gè)包含4.79Gb的大麥高質(zhì)量參考基因組序列，每條染色體均被排成一個(gè)線性分子，其中94.8%的組裝序列明確定位在大麥各條染色體上。
破解大麥基因有什么用？可以培育品質(zhì)更好的啤用品種
浙江大學(xué)張國(guó)平教授團(tuán)隊(duì)與澳大利亞李承道教授團(tuán)隊(duì)共同對(duì)他們長(zhǎng)期關(guān)注的大麥麥芽品質(zhì)相關(guān)基因進(jìn)行了深入分析，明確了大麥麥芽品質(zhì)相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)變異，為高品質(zhì)大麥育種指明了方向。
這項(xiàng)工作，對(duì)大麥種質(zhì)資源利用及相關(guān)基因的克隆和鑒定工作都具有重要意義。雖然基因測(cè)序是高科技的研究，但這項(xiàng)成果對(duì)普羅大眾的生活也有不小的影響。
“雖然我們已很少直接吃大麥了，但其實(shí)大麥作為糧食，對(duì)保健是很有好處的。”張國(guó)平告訴記者，“因?yàn)榇篼溊镉幸环N成分叫β-葡聚糖，它對(duì)治療食道癌、降血脂都有療效。它對(duì)減肥也有用，日本還流行喝大麥茶。”
那么基因測(cè)序成果在這些生活領(lǐng)域會(huì)有什么作用呢？
“本來(lái)，大麥的品質(zhì)是很復(fù)雜的。我們完成了基因測(cè)序，就能有效控制大麥基因的表達(dá)，有利于定向改良基因。”張國(guó)平教授說(shuō)。
例如，β-葡聚糖對(duì)制造啤酒和飼料來(lái)說(shuō)，并不是一個(gè)好成分。“我們可以通過(guò)基因改良把它減少。但對(duì)于人體保健而言，β-葡聚糖卻是很好的物質(zhì)。如市場(chǎng)上在銷售的麥綠素，就是由大麥的嫩葉做原材料的。那么，我們可以根據(jù)大麥用途，定向控制β-葡聚糖含量。”
“再比如，很多人喜歡喝冰啤酒，但是啤酒經(jīng)冷藏后可能會(huì)出現(xiàn)渾濁、沉淀的東西。我們發(fā)現(xiàn)，這種渾濁跟某種蛋白有關(guān)，那么如果能控制這種蛋白，啤酒的品質(zhì)就會(huì)提高。”
在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)際合作等項(xiàng)目資助下，張國(guó)平教授團(tuán)隊(duì)在大麥基因組起源進(jìn)化領(lǐng)域取得過(guò)一系列重大突破。
此前，張教授的團(tuán)隊(duì)證明“我國(guó)青藏高原及其周邊地區(qū)是世界栽培大麥的一個(gè)重要進(jìn)化和起源中心”和明確“現(xiàn)代栽培大麥基因組源于中東肥沃月灣和我國(guó)青藏高原地區(qū)的野生大麥，兩地野生大麥基因組對(duì)現(xiàn)代栽培大麥基因組的貢獻(xiàn)大致相當(dāng)，但存在明顯的染色體及其片段上的差異”。
現(xiàn)在，張教授的團(tuán)隊(duì)明確了大麥麥芽品質(zhì)相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)變異，對(duì)我國(guó)大麥，尤其是西藏野生大麥研究工作又做出了重要貢獻(xiàn)，顯著提升我國(guó)大麥研究的整體水平和在國(guó)際同行中的地位，有助于我國(guó)大麥產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
