“上個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人類非常重視農(nóng)作物基因型的改良，認(rèn)為基因型改變了，才能有產(chǎn)量的改變。實(shí)際上，決定一種作物的，除了基因型以外，大量的是它的表型?！?br> 10月23日，由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、國(guó)際植物表型組織（ippn）主辦的第六屆國(guó)際植物表型大會(huì)在南京舉行，中國(guó)工程院院士蓋鈞鎰?wù)J為，農(nóng)作物表型和基因研究的深度和廣度，直接影響到種質(zhì)資源利用效率和現(xiàn)代種業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)正在籌建的作物表型組學(xué)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，將在全球范圍內(nèi)組建跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，引領(lǐng)農(nóng)業(yè)植物科學(xué)發(fā)展，保障國(guó)家糧食安全。
作物表型研究為何受到重視
生命科學(xué)進(jìn)入基因組時(shí)代以來(lái)，各種組學(xué)的充分發(fā)展使人類能從多個(gè)層面全面認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象。
數(shù)十年來(lái)，特異基因資源的發(fā)現(xiàn)及利用成為農(nóng)業(yè)育種的“武功秘籍”。但是，隨著多數(shù)代表性植物全基因組測(cè)序的結(jié)束，科研人員越來(lái)越認(rèn)識(shí)到植物表型研究的重要性。
表型，顧名思義就是指可以觀測(cè)的生命體性狀和特征，比如形狀、結(jié)構(gòu)、大小、顏色等。表型的精準(zhǔn)度量已成為深入認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象形成規(guī)律的基礎(chǔ)，系統(tǒng)解析生命復(fù)雜系統(tǒng)的突破口。
“在農(nóng)作物育種研究中，光關(guān)注基因型，還是不夠的。作物的表型不僅決定產(chǎn)量，還決定品質(zhì)?！鄙w鈞鎰?wù)f。
“比如說(shuō)，同樣的作物、同樣的基因，在不同的環(huán)境下，生長(zhǎng)出來(lái)可能就不一樣?！蹦暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)丁艷鋒解釋。
基因組學(xué)正在加速基因的發(fā)現(xiàn)，但如何利用這些資源來(lái)建立基因功能和開發(fā)新基因型，如何將基因組數(shù)據(jù)用于作物改良，都需要通過(guò)表型組學(xué)，研究表型與基因、環(huán)境之間的關(guān)系。
“我們現(xiàn)在測(cè)定基因序列的能力很強(qiáng)，但是我們獲取表型的能力很弱，如果我們把這一條補(bǔ)上的話，那么我們就可以在基因型和表型之間搭建一個(gè)橋?！倍∑G鋒說(shuō)道。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)已將“理解生命規(guī)律，通過(guò)基因型的鑒定來(lái)預(yù)測(cè)表型”作為6大科學(xué)前沿之一。專家認(rèn)為，作物表型組及其與基因組關(guān)系的解析，是高效創(chuàng)制利用種質(zhì)資源、培育重大突破性品種的根本，代表著作物科學(xué)發(fā)展的前沿方向。
表型組學(xué)需要唱響中國(guó)聲音
在未來(lái)的國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)中，種質(zhì)資源作為一種戰(zhàn)略性資源，爭(zhēng)奪將更趨激烈。
雖然我國(guó)創(chuàng)造了以不足7%的耕地面積養(yǎng)活了全球近1/5人口的奇跡，但是良種對(duì)我國(guó)作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率僅占35%左右，與國(guó)際上優(yōu)良品種占50%左右的貢獻(xiàn)率存在較大差距。
目前，我國(guó)保存的種質(zhì)資源已達(dá)45萬(wàn)份（約2300個(gè)物種），必須重視對(duì)這些種質(zhì)資源的利用。但是，傳統(tǒng)的作物表型鑒定規(guī)模小、效率低、誤差大，已成為嚴(yán)重制約品種改良取得重大突破的瓶頸。
丁艷鋒介紹，國(guó)內(nèi)外表型組學(xué)已經(jīng)呈現(xiàn)出五大發(fā)展趨勢(shì)：由科學(xué)家個(gè)人興趣轉(zhuǎn)向規(guī)?；暮献餮芯?，表型檢測(cè)手段由單一轉(zhuǎn)向綜合化智能化，由單一尺度轉(zhuǎn)向多尺度聯(lián)合分析，由關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)轉(zhuǎn)向全生命周期連續(xù)觀測(cè)，由組內(nèi)關(guān)聯(lián)分析轉(zhuǎn)向組間關(guān)聯(lián)分析。
習(xí)近平總書記指出，糧食安全是治國(guó)理政的頭等大事、是維系社會(huì)穩(wěn)定的“壓艙石”、是國(guó)家發(fā)展的“定海神針”。因此，我國(guó)迫切需要加強(qiáng)農(nóng)作物種質(zhì)表型和基因研究設(shè)施建設(shè)，探索基因組學(xué)理論和各種基因組學(xué)技術(shù)方法，為種質(zhì)資源表型鑒定及有效保護(hù)提供新手段。
目前，表型組學(xué)作為挖掘種質(zhì)資源利用廣度和深度的有效手段，起跑的發(fā)令槍已經(jīng)鳴響：美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、荷蘭、日本、澳大利亞等主要發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極布局，相繼出臺(tái)國(guó)家級(jí)研究計(jì)劃。
記者了解到，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，目前已列入《國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》。設(shè)施建設(shè)內(nèi)容包括：高通量表型數(shù)據(jù)采集與鑒定系統(tǒng)、環(huán)境模擬與檢測(cè)系統(tǒng)、表型組—基因組大數(shù)據(jù)分析與整合系統(tǒng)等。建成后，具有從分子細(xì)胞到組織形態(tài)多層次、多生境和全生育期多尺度，對(duì)6種以上主要作物進(jìn)行年百萬(wàn)株及日百畝大田表型精準(zhǔn)采集與深度解析的能力。
丁艷鋒表示，在前期籌備過(guò)程中，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)已經(jīng)與英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、荷蘭等國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)合作共建了多個(gè)國(guó)際聯(lián)合研究中心。此次會(huì)議期間，22個(gè)國(guó)家的400余位專家，將重點(diǎn)圍繞植物表型測(cè)量技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用、高通量植物表型平臺(tái)應(yīng)用三個(gè)主題，就植物表型領(lǐng)域前沿理論、技術(shù)、方案等進(jìn)行交流分享。（記者 張 曄 實(shí)習(xí)生 吳 婷）