2011年7月14日,國際權威學術期刊《自然(Nature)》發表了馬鈴薯全基因組序列圖和生物學分析的封面論文。此項成果是由14個國家29個單位的97名研究人員組成的“馬鈴薯基因組測序國際協作組”經過6年艱苦的努力共同完成的。由中國農業科學院蔬菜花卉研究所、深圳華大基因研究院等組成的中國馬鈴薯基因組項目團隊在此項成果中發揮了重要作用。中國作物學會馬鈴薯專業委員會主任委員屈冬玉博士是國際協作組的發起人和中方項目主持人,中方首席科學家中國農科院蔬菜所黃三文博士是論文三名通信作者之一。華大基因徐訊等年青人組成的生物信息小組在項目中發揮了關鍵作用。在項目執行過程中,中方團隊實現了從參與到主導的跨越,奠定了我國在馬鈴薯基因組研究領域的國際領先地位。
2004年7月,由荷蘭瓦赫寧根大學Evert Jacobsen教授、Richard Visser教授和屈冬玉博士共同發起籌劃成立國際協作組,2006年正式開始工作。2006-2008年底,協作組遇到了二倍體馬鈴薯基因組高度雜合、物理圖譜質量不高、測序成本高等難以克服的困難,項目舉步維艱,協作組瀕臨解散。在這種情況下,中方團隊另辟蹊徑,提出了一套新的策略:以單倍體馬鈴薯為材料來降低基因組分析的復雜度,并采用快捷的全基因組鳥槍法策略和低成本的新一代的DNA測序技術。這一策略的改變大大加快了整個項目的進程,中方團隊于2009年完成了單倍體馬鈴薯基因組的測序、拼接和注釋工作。在這種形勢下,國際協作組放棄了原有二倍體基因組測序的技術路線,把絕大部分資源聚集在中方主導的單倍體基因組測序項目上,并于2009年9月23日宣布了全基因組序列圖的完成。
在序列圖的基礎上,協作組又花了近兩年時間對馬鈴薯基因組進行了細致的生物學分析。分析結果表明:馬鈴薯基因組共包含約39,000個基因,在進化過程中經歷了兩次全基因組復制。馬鈴薯是通過薯塊繁殖的,屬于營養繁殖作物,具有嚴重的自交衰退現象,對基因組的分析初步揭示了馬鈴薯自交衰退的基因組學基礎。通過比較基因組分析,發現了薯塊生長發育和病蟲害抗性的重要基因。此外,馬鈴薯基因組也為進一步了解雙子葉植物的進化路徑提供了分子生物學新知識。
馬鈴薯是世界上第三大糧食作物,對于糧食安全的作用日益突顯。我國是世界最大的馬鈴薯生產國,目前面積已經接近9000萬畝,總產量約900億公斤。然而我國馬鈴薯單產水平剛到每畝1000公斤,只有先進國家如荷蘭的1/3。馬鈴薯產業發展的瓶頸是缺乏適合于我國氣候條件和栽培方式的優良品種,對于原產南美的馬鈴薯這一外來作物遺傳資源的研究和利用也特顯不足。通過全基因組設計育種,馬鈴薯育種家將加速新品種的培育。在全基因組設計育種上,我國和荷蘭、美國等發達國家處于同一起跑線上。目前馬鈴薯全基因組遺傳變異圖譜的構建和分子設計育種體系的開發是關鍵,亟需得到各方面的支持,同時要加強與常規育種的結合,從而加速培育具有我國自主知識產權的優良品種,造福廣大人民。
馬鈴薯全基因組序列圖的繪制是我國農業領域取得的重大新成果,具有重要的標志意義,是在科技部國際合作司和基礎司、財政部科教文衛司、農業部科教司和國際合作司、國家自然科學基金委等部委的大力支持下取得的,充分體現了各部委聯合攻關的優勢,也再一次證明了社會主義制度集中力量辦大事的優勢。