研究药用植物铁皮石斛基因组的经历

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【李庚希抽烟】

“中國是世界第一大養羊國、第一大羊肉消費國和第一大羊絨生產國,但我們的羊產業發展還比較落後,尤其是在育種技術上。”董揚說,由於山羊的育種周期長,所以要想實現山羊的快速育種,就必須獲得高質量的基因組。

當時,第三代測序技術剛進入中國,全國只有三台相關儀器。但它們常年處於維修狀態,使用成本還非常高,測序質量也不穩定。

“這一研究成果,不僅為中國從基因水平分析和制定鐵皮石斛標準提供了科學依據,還加快了相關基礎研究和應用開發的進度。”雲南農業大學校長盛軍說。

而後,董揚結合雲南特色,著手進行了一系列遺傳資源研究工作,併在藥用植物基因組、山羊基因組等領域,建起了從基因組學到功能基因組學的系列科研平臺。

在此基礎上,董揚又與國內高校、院所合作,完成了絨山羊的育種工作,使絨的產量、質量都得到迅速提升。

“有國家作後盾,還有強有力的人才和技術作支撐,取得成果,指日可待!”近日,董揚在接受科技日報記者採訪時說。

輾轉多地調試第三代測序儀回顧過往,最讓董揚難忘的,是研究藥用植物鐵皮石斛基因組的經歷。“當時石斛產業很火,老百姓(603883,股吧)對這種草藥寄予脫貧厚望。然而,鐵皮石斛基因組非常複雜,這個物種含有大量多糖,僅DNA提取就面臨很大挑戰。而且,我們用盡了所有第二代測序方法,都未達到非常好的組裝效果。”他說。

“我沒在國外留過學,一直深耕於雲南這片沃土。”採訪中,董揚多次表達了自己“遇上”雲南的幸運。2011年,博士畢業後,他從大理出發,騎車經過怒江峽谷,進入西藏。在此期間,他領略到了生物的多樣性,並深受觸動。由此,他決定把發掘這座寶庫定為自己的研究方向。於是,當年不到29歲的他,堅定地走上了科研之路,成為當時雲南最年輕的教授。

科技創新70年·青稞力量年輕、富有活力,這是很多人對雲南農業大學教授董揚的第一印象。如今,這位80後教授,正帶領一支平均年齡26歲的科研團隊破解全球葡萄遺傳多樣性和人工馴化機理。共有26國參與該研究,處理數據量達40Tb,這也是迄今為止全球最大的植物遺傳資源研究項目之一。

此後,董揚又率隊先後開展了辣木、天麻、瑪卡、燈盞花、三七、茶葉、丹參等一系列藥用植物的基因組學研究工作。

“通過基因研究,我們讓該領域原本相對滯後的基礎研究水平得到了較大提升,並將科學成果與國際同行共享。”董揚說,世界各地的科學家也在利用這些基因組,去研究物種形態的多樣性,並且利用這些基因序列來改造物種性狀、造福人類。

“國力增強以及對基礎科研的重視,讓中國對世界科研的引領作用日益明顯。國際同行對中國科學家的尊重和信任,也讓我倍感自豪,我真是趕上了一個好時代!”董揚相信,未來在全世界基因組學研究領域,中國會發揮更強的引領作用。

創製出基因組學的標誌性技術讀研時,董揚就接觸過山羊基因組研究,這項研究一直延續到他參加工作。

工欲善其事,必先利其器。董揚率隊輾轉於昆明、內蒙古等地,不斷對第三代測序儀進行參數優化,調整儀器運行狀態,還動用了“天河一號”的計算資源。最終,他們完成了測序工作,測序結果覆蓋95%的全基因組和97%的基因編碼區。

在山羊基因組測序中,董揚團隊使用新一代測序技術和最新DNA單分子光學作圖技術,剋服測序中短讀支架的局限,生成長超級支架,裝配出的基因組接近染色體水平,獲得了首個不依賴於遺傳圖譜的大型基因組。同時,他們利用微量核糖核酸轉錄組技術,首次全面揭示了山羊絨囊、毛囊在轉錄層面的差異,鑒定了50多個與山羊絨形成密切相關的基因。

中國科學院院士、華大基因(300676,股吧)研究院院長楊煥明告訴科技日報記者,董揚是一位非常好學且很有見地的青年科學家,已成為眾多項目的領頭人。他率隊搞的藥用植物4.0研究計劃,已達到世界前沿水平。

通過進一步解析鐵皮石斛的基因信息,董揚等人還發現了48000多個蛋白質編碼基因,從基因水平證實了鐵皮石斛基因組的複雜性。“通過完成這個項目,我們團隊積累了三代測序的經驗,為此後的工作打下了基礎。”董揚說。

曾是雲南省最年輕的教授1984年11月,董揚出生在陝西省寶雞市。在武漢大學上學時,他利用課餘時間,來到中國科學院昆明動物研究所(以下簡稱昆明動物所)實習。隨後,他又在該所完成碩、博階段的學習。

董揚利用本土資源,選擇了雲南山羊品種——雲嶺黑山羊,併在2011年啟動了基因組測序工作。這種羊通體烏黑,有很好的抗病性。

此外,憑藉技術優勢,董揚團隊把原本需要10年至15年時間完成的遺傳圖譜,縮至半年,相關成果發表在《自然·生物技術》雜誌上。業界評論稱,該技術將成為基因組學發展的一項標誌性技術。

讀博時,董揚師從昆明動物所研究員王文,從果蠅的經典遺傳研究入手,練足了實驗室功夫,為後來從事基因組研究打下了基礎。

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