世界十大科技进展新闻！西农这个团队厉害了！

        近日，中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2018年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻在北京揭晓。我校协同完成的“历经13年小麦基因组图谱绘制完成”获评2018年世界十大科技进展新闻。

 

01

小麦基因组图谱

　　经过13年努力，来自20个国家73个研究机构的200多名科学家终于绘制完成完整的小麦基因组图谱，其中宋卫宁教授团队，作为中国唯一参与并承担实质性研究工作的团队，完成了其中7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。相较于其他作物，小麦是唯一一个尚未完成全基因组测序的物种。因为小麦基因组体量特别庞大，是人类基因组的5倍，是水稻基因组的40倍，同时又是典型的异源多倍体基因组，重复序列极高。

　　国际小麦基因组测序协会8月16日在美国《科学》杂志上发表论文说，他们以一种叫做“中国春”的小麦遗传研究模式品种为材料，研究整合了21条小麦染色体参考序列，获得107891个基因的精确位置、超过400万个分子标记以及影响基因表达的序列信息。科学家相信，小麦基因组图谱的绘制完成，可帮助培育出抗旱、抗病和高产优质的小麦品种。国际小麦基因组测序协会指出，全球人口到2050年预计将达到96亿，小麦产量需每年增长1.6％才能满足未来需求。

       入选的2018年世界十大科技进展新闻分别是：“洞察”号无人探测器成功登陆火星，科研人员发现新型光合作用，首架离子驱动飞机研制成功，美科学家在原子层面“无缝缝制”两种晶体，新方法使先天失明小鼠复明，宇宙高能“幽灵粒子”来源首度现踪，历经13年小麦基因组图谱绘制完成，科学家首次发现银河系外行星存在的迹象，研究人员用基因剪刀技术开发“基因试纸”，月球存在水冰获确切证实。

 

02

　　2018年8月17日，《科学》杂志在线刊发题为“Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome”的研究论文，标志着世界上首个六倍体小麦基因组图谱完成。论文由国际小麦基因组测序联盟协作完成，我校旱区作物逆境生物学国家重点实验室宋卫宁教授团队作为中国唯一参与并承担实质性研究工作的团队，完成了其中7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。这也是我校国际合作交流取得的重大成果。

　　在国外期间，宋卫宁就积极与国际小麦基因组测序联盟磋商，2006年2月全职来到我校农学院工作后，同年7月正式加入该联盟，并成为联盟决策委员会唯一中国成员。2008年小麦3B染色体物理图谱完成后，国际小麦基因组测序联盟主席RudiAppels教授应邀来校访问，在时任校长孙武学、副校长吴普特和其他校领导的支持下，2009年，学校为宋卫宁团队提供了500万元科研经费，购买测序仪等大型实验设备，建设小麦基因组学科研平台，支持其团队开展小麦7DL染色体物理图谱构建工作。

　　在此过程中，团队成员基本没有节假日、没有寒暑假的概念，全力投入海量数据的测序和破译工作，付出了极大代价，经费负数的时候，无奈向学校借了100多万元，走错了路重新再来的现象更是时有发生。但宋卫宁团队顶住巨大的压力，始终坚持不懈，先后争取到国家“863”和其它项目的支持，沿着当初确定的目标持续发力。“十年磨一剑”，经过近10年的不懈努力，终于完成了7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。

　　这个研究工作是国际大协作的结晶，作者有200多人，隶属20多个国家的70多个单位。宋卫宁团队不但负责了7DL染色体的分析工作，还参与了小麦全基因组两种不同物理图谱分析结果的整合。因此宋卫宁教授的名字在这篇科学杂志的论文作者名单中出现了两次。

宋卫宁团队成员简介

　　1.宋卫宁　1982年1月湖南农业大学植保系植物保护专业毕业， 2006年2月全职来到我校农学院工作。目前主持国家自然科学基金国际合作项目“优异抗旱小麦种质的筛选、相关基因挖掘及育种利用（31561143005）”，国家自然科学基金面上项目“恶性入侵植物紫茎泽兰种群遗传特性与入侵机制研究（31471825）”和“大麦盐胁迫相关miRNA的鉴定与功能分析（31271705）”，十三五国家重点研发项目子课题“小麦重要基因单倍型分析(2016YFD0100302)”和“小麦重要性状的功能基因组与调控网络(2016YFD0101004)”，农业部948项目“国际干旱地区农业研究中心优异抗旱耐盐小麦种质资源的引进与利用（2010-S1）”等。参与编著Taylor & Francis CRC 出版社和Springer Science出版社出版的英文专著4部。

　　2. 聂小军　2007级7月西北农林科技大学农学院农学专业毕业，2013年6月获我校作物遗传育种博士学位。博士期间主要参与了小麦基因组7DL的分析以及紫茎泽兰基因组分析工作。2013年7月留校任教工作，研究方向为植物基因组学，植物抗逆种质与基因发掘。

　　3. 童维　2000年毕业于华中师范大学，同年到北京华大基因研究中心生物信息部工作，参加了1%人类基因组、水稻基因组等重大研究项目。2013年1月获得中科院北京基因组研究所的博士学位（生物信息学方向），研究方向生物信息学、植物系统生物学。

　　4. 杜向红　1982年8月毕业于湖南医学院（现中南大学湘雅医学院），曾在解放军163医院、澳大利亚ForBio公司和以色列海法大学工作。2006年来我校农学院工作。

　　5. 主要参与本项目的博士生：崔立操、冯克伟、王乐。

 

03

征服遗传学的“珠穆朗玛峰”，他们是唯一的中国团队

　　

        记者近日在西北农林科技大学见到了该校旱区作物逆境生物学国家重点实验室的宋卫宁教授，就是他率领本校团队，历经近10年艰辛，参与破译了世界上首个完整版六倍体小麦“中国春”的基因组图谱。

　　这一基因组图谱被业内俗称为研究小麦基因的“密码本”，它的完成，“征服了遗传学领域的‘珠穆朗玛峰’”。记者获悉，在征服这一“珠峰”的攻坚战中，宋卫宁团队是唯一的中国团队。

　　2006年7月，宋卫宁正式加入由全球小麦科学家组成的国际小麦基因组测序联盟（IWGSC），并成为该联盟决策委员会中唯一的中国成员。

　　今年8月17日，《科学》杂志在线发表一项历时13年的研究成果：世界上首个完整版六倍体小麦“中国春”的基因组图谱完成。这一成果由IWGSC牵头，署名作者来自20多个国家70多家机构的200多位科学家。宋卫宁团队，完成了其中7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。

　　IWGSC主席、澳大利亚墨尔本大学小麦育种专家鲁迪·埃培尔斯评价该研究是“征服了遗传学的‘珠穆朗玛峰’！”

1.小麦基因组破译难度非常巨大

　　小麦是全球非常重要的农作物，联合国粮农组织2017年公布的数据，小麦提供的蛋白质超过了所有肉类的总和。从粮食安全、文化的角度来说，它是一个非常重要的食品；从贸易角度说，中国是全球最大的小麦消费国，也是最大的小麦生产国。

　　“小麦的重要性远远超过一般的农作物，但所有的农作物都有了基因组或者叫‘密码本’，唯独小麦没有，落在了最后一名。”为什么？宋卫宁解释道，难点在于小麦的基因组特别大、特别复杂、重复序列特别高，破译难度非常巨大，导致其基因组“姗姗来迟”，基因组序列一直没有做出来。

　　“特别大”——它是人类基因组的6倍，是水稻基因组的40倍。“从大小来说，人的基因组只有3个G,而小麦差不多是人的6倍。也就是说，小麦大得多，人的基因组大约是小麦的1/6，6个人的基因组才是一个小麦。”

　　“特别复杂”——小麦是3个不同的基因组绑在一块的，而且是几个不同的物种杂交在一块，是几个基因组同时存在一块的，它的学名叫“异源六倍体”。“它的复杂程度不是简单的成倍，3个基因组中大概90%多是相似的，小部分是不同的，研究起来非常麻烦。”

　　“重复序列特别高”——“人大概是50%的重复序列，而小麦差不多90%的序列是重复序列，我们测序的话可能是几百次的重复，实际上它可能是重复了一万遍。还有一个，它的AAT可能在这一段，实际上不同的染色体都有分布。这样的话，对于研究者来说是特别大的阻碍。”

　　破译小麦基因组，在上世纪末、本世纪初，被很多领域的科学家认为不可能完成，在当时的技术条件下相当难。宋卫宁说：“我们都需要这个密码本去解析小麦的现象，改进现有的品种，让它更高产、更抗旱抗盐、抗高温，要研究不同的逆境、冻害和病虫害，没有这个密码本，很多东西就做不成或者很难去做。”

　　“中国春”是种植在四川省成都平原的一个地方品种。上世纪四五十年代，美国著名学者西尔斯通过研究，从“中国春”衍生出一系列小麦染色体材料。

2.攻克“7DL染色体”堡垒“，参与的师生可以坐满一节车厢”

　　2005年开始，国际小麦基因组测序联盟将“中国春”的21条染色体进行了分离，并构建了相应的细菌人工染色体文库，后续的物理图谱构建、细菌人工染色体测序和序列的组装与分析则由联盟各成员分担。染色体最初的分离，与BAC文库的构建，由捷克的研究团队负责，之后由IWGSC协调委员会牵头，各国成员依照自身条件“一段段认领”，再分头完成后续的物理图谱构建和BAC测序。

　　宋卫宁解释说：“就是把小麦的基因组‘化整为零’，把21对染色体分离出来，再把每条染色体做成库，做成小的片段，把复杂的‘庞然大物’分解成小的能‘一口咬下’、还能咬碎、消化掉的东西。这样的话，就不受其他重复序列的干扰，也降低了测序的成本。”

　　不断涌现的研究突破，让更多科学家看到希望，小麦全基因组图谱的前景也逐渐明朗起来。

　　2008年，法国农科院研究团队发布了小麦染色体中最大的一条——3B染色体的物理图谱；2013年，中科院遗传发育所和中国农科院作物所分别完成小麦祖先A和D基因组草图；2017年，IWGSC宣布：小麦品系“中国春”染色体物理图谱构建完成；同年，美国加州大学戴维斯分校研究团队获得小麦祖先D基因参考序列……

　　宋卫宁团队负责7DL染色体物理图谱构建及序列破译工作。他介绍说，小麦有3个基因组A、B、D，每一个基因组有7对染色体，“7DL”就是第1个染色体的第7条，L是长臂。“这条长臂虽然只是3个基因组中一个基因组里的一对染色体的一段，但7DL染色体的大小就相当于整个水稻的全部基因组。”“参与的师生可以坐满一节车厢！”

　　最终，20多个国家的科研人员，分头完成了物理图谱的构建。研究人员整合了21条小麦染色体的参考序列，获得10.7万个基因，超过400万个分子标记，以及影响基因表达的序列信息。“中国春”基因组图谱的绘制完成，使科学家对小麦生长发育规律的了解发生了质的飞跃，也为未来人类更好地利用小麦做了重要铺垫。

　　宋卫宁说：“我们研究小麦的生命现象，有了这个‘密码本’和蓝图，就方便很多了，可以更有效率地加快小麦的育种进程。”“有了它，小麦的育种、遗传研究，就可以向前推进一大步。”

　　他表示：“未来，我们还将继续开展序列分析工作，将小麦基因组的进化、序列与分子育种、遗传育种结合起来，培育高产、抗旱、抗盐、抗病虫的小麦新品种以更好应对全球气候变化及人口增加带来的食品短缺挑战，为小麦基因组改良工作奠定基础。”