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人类首度破解大麦基因组 未来啤酒可能会更好喝
2017-05-19 15:45:04   来源:钱江晚报   评论:0

近日,浙江大学农业与生物技术学院传来喜报:张国平教授带领的团队,代表中国参与完成的破解大麦基因组的研究成果,登上了英国《Nature》(自然)期刊,并成为当期(4月27日)的封面文章。

在这篇文章中,公布了国际大麦测序联盟(IBSC)在大麦基因组精细图谱研究上取得的重大研究成果,《自然》杂志同时还刊登了题为“基因组学:大麦基因组破解”的杂志社专题特别报道。

人类驯化种植了一万年的大麦,首度被破解基因组

大麦是全球第四大禾谷类作物,被人类驯化了已经有一万年。它既是粮食和饲料,也是生产啤酒的重要原料。

“在我国,大麦栽培面积曾经达一亿亩以上,是非常重要的农作物。”张国平教授告诉记者,“在浙江,也曾经有600万亩栽培面积。可以说,浙江很适合栽培大麦,特别是啤用大麦。”

不过,破解大麦基因组却是一件极其困难的工程。

“因为大麦基因组全长5.1Gb,是水稻基因组的11倍,含有3.9万多个蛋白编码基因,且有大量多拷贝基因,形成复杂的基因家族,并富含转座因子。”

通俗地讲,这是一个巨长无比的基因迷宫,且在人类一万年的种植过程中不断变异。而大麦遗传与育种研究要取得突破性成果,高质量的大麦基因组参考序列是必不可少的。

因此,基因组测序的研究成果一发表,就登上了《自然》杂志封面。

为了这个成果,国际大麦测序联盟(IBSC)耗费了近10年时间,综合运用包括染色体构象作图和生物纳米作图等多种最先进的测序和组装技术,利用约2.5Tb大麦基因组测序数据,组装完成了一个包含4.79Gb的大麦高质量参考基因组序列,每条染色体均被排成一个线性分子,其中94.8%的组装序列明确定位在大麦各条染色体上。

破解大麦基因有什么用?可以培育品质更好的啤用品种

浙江大学张国平教授团队与澳大利亚李承道教授团队共同对他们长期关注的大麦麦芽品质相关基因进行了深入分析,明确了大麦麦芽品质相关基因的结构变异,为高品质大麦育种指明了方向。

这项工作,对大麦种质资源利用及相关基因的克隆和鉴定工作都具有重要意义。虽然基因测序是高科技的研究,但这项成果对普罗大众的生活也有不小的影响。

“虽然我们已很少直接吃大麦了,但其实大麦作为粮食,对保健是很有好处的。”张国平告诉记者,“因为大麦里有一种成分叫β-葡聚糖,它对治疗食道癌、降血脂都有疗效。它对减肥也有用,日本还流行喝大麦茶。”

那么基因测序成果在这些生活领域会有什么作用呢?

“本来,大麦的品质是很复杂的。我们完成了基因测序,就能有效控制大麦基因的表达,有利于定向改良基因。”张国平教授说。

例如,β-葡聚糖对制造啤酒和饲料来说,并不是一个好成分。“我们可以通过基因改良把它减少。但对于人体保健而言,β-葡聚糖却是很好的物质。如市场上在销售的麦绿素,就是由大麦的嫩叶做原材料的。那么,我们可以根据大麦用途,定向控制β-葡聚糖含量。”

“再比如,很多人喜欢喝冰啤酒,但是啤酒经冷藏后可能会出现浑浊、沉淀的东西。我们发现,这种浑浊跟某种蛋白有关,那么如果能控制这种蛋白,啤酒的品质就会提高。”

在国家自然科学基金重点项目和国际合作等项目资助下,张国平教授团队在大麦基因组起源进化领域取得过一系列重大突破。

此前,张教授的团队证明“我国青藏高原及其周边地区是世界栽培大麦的一个重要进化和起源中心”和明确“现代栽培大麦基因组源于中东肥沃月湾和我国青藏高原地区的野生大麦,两地野生大麦基因组对现代栽培大麦基因组的贡献大致相当,但存在明显的染色体及其片段上的差异”。

现在,张教授的团队明确了大麦麦芽品质相关基因的结构变异,对我国大麦,尤其是西藏野生大麦研究工作又做出了重要贡献,显著提升我国大麦研究的整体水平和在国际同行中的地位,有助于我国大麦产业的进一步发展。

编辑:张瑜宸

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