重磅！我国第一个牧草基因组测序由我校完成！

在我国西南地区海拔1600-3100m的森林边缘地带及山坡草地上，有一种其貌不扬的草，名叫“鸭茅”。

鸭茅

别小看这不起眼的小草，它可是世界四大广泛栽培的禾本科牧草之一，不仅可用于青饲、青贮或调制干草，还因适应能力强，抗旱，耐瘠薄，在边际土地及石漠化深度贫困区草牧业发展中发挥着重要作用。

20年来，动物科技学院张新全教授团队把研究对象聚焦这小小的鸭茅草。经过不懈努力，日前他们完成了鸭茅全基因组测序工作。这是我国首次在牧草领域完成的第一个基因组测序，将为选育出更多优质、高产、适应性强的牧草提供有力保障。

潜心钻研20年

长期以来，科研工作者主要运用传统育种方法改良鸭茅的产量、品质和抗性，但效率较低，一个新品种的培养大概需要15年时间。随着科技的进步，借助分子育种的新技术，利用分子标记辅助选择技术（MAS）和基因编辑技术可大大加快育种进程，把育种周期缩短为8-10年。这都需要鸭茅的基因组信息库作为支撑才能实现。

“一切从零开始！”2000年，即使当时在传统育种领域已经是国内领先水平，但张新全教授毅然带领团队投身构建鸭茅基因组信息库的新领域中。可这项课题的难度却给了他们当头一棒。整整花了3年时间，团队试图利用二代测序的方法构建基因组序列，结果却大失所望。

由于牧草基因组大、重复序列及杂合度都较高，这增加了基因组序列构建的难度，且我国尚未有牧草基因组的相关报道，无成功经验可借鉴。面对重重困难，团队没有迷茫、放弃，在张新全、黄琳凯两位教授的带领下，重新组建了植物遗传学、分子生物学、生物信息学等多学科的攻关小组。

左三：黄琳凯教授右三：张新全教授

“风里来雨里去，已是家常便饭。”要构建基因组信息库，必须收集到丰富的种质资源。除了在全球范围内征集，野外采集也必不可少。鸭茅开花成熟期一般在7月份，冒着烈日、狂风、大雨采集也是常事，甚至还曾遇到毒蛇、迷路、汽车抛锚等不可预知的危险。

珍贵的材料来之不易。2017年7月，张新全教授带领团队前往泥巴山采集鸭茅材料，路上突遇暴雨，山洪爆发，一些山路被冲垮。来不及多想，一行人立马下车，穿上雨衣，徒步向深山进发，只为不耽误研究进程。在深山里走了3个多小时，最终凭借张新全教授丰富的野外采集经验，终于找到泥巴山二倍体野生鸭茅材料，为基因组测序提供了重要材料。

在申请的科研项目和学校双支计划的支持下，团队与天津的一家生物技术公司合作，从不同专业角度一起攻关。为了保证研究进度，团队成员常常在天津一待就是2、3个月。

经过长期不断试验，采用测序新技术，融合生物信息学，鸭茅的全部40088个基因终于如同一幅画卷在团队眼前徐徐展开。

质量提高50倍

2019年6月，张新全教授团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为《鸭茅参考基因组组装为其系统进化和开花分子机制提供新的见解》的研究论文，首次公布了鸭茅的高质量参考基因组，是我国第一个公布的牧草参考基因组。

“这是一个质量较好的鸭茅基因组数据库，其相关质量指标是黑麦草基因组的50倍以上。”该论文第一作者黄琳凯教授表示，此前牧草领域全球范围内仅有三叶草和黑麦草基因组数据库。

鸭茅基因组包含了40088个基因，其中有1173个基因家族是鸭茅特有基因。这些特有基因大多和草类植物适应能力强、抗旱耐寒相关。通过比较发现，鸭茅和小麦较为近缘。因此，这些基因资源也可用于近缘作物小麦抗寒、抗旱等品质的遗传改良技术中。

鸭茅及其近缘物种的染色体进化图

如今，鸭茅基因组数据库已经开始在科研工作中发挥作用。数据库网站已于2019年8月上线，访问量近5000次。目前已有包括复旦大学、新西兰皇家科学院农业研究所等在内的中外学者访问网站，进行相关基因位置及表达的查找。

荣获佳绩10余项

除了鸭茅，张新全教授带领牧草育种团队的师生攻坚克难。该团队系统评价了横断山区重要野生牧草资源近3227份；研发白三叶、黑麦草、牛鞭草等适宜亚热带地区的配套栽培技术；宝兴、滇北鸭茅及合作选育的高羊茅系列成为西南喀斯特地貌区石漠化治理首选品种。

育成国审牧草品种19个；研究成果先后获省部级科技奖10项，其中3项获省部级科技进步一等奖；科研成果在南方10多个省市累计推广近2600万亩，创经济效益近50亿元。

主持选育的“长江2号”多花黑麦草不仅在我国建立万亩种子基地，进行规模化生产，也被美国农业部注册，由俄勒冈州繁种推向全世界。

多花黑麦草

他们把青春和智慧奉献给一片片青青草地，为生态文明建设保驾护航。

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文字 | 张喆

编辑 | 胡雨婷 叶珊刘娟如 冯韵豪