勤耕耘，重積累，開創(chuàng)熱帶作物遺傳改良新途徑——記中國熱帶農業(yè)科學院熱帶生物技術研究所王文泉研究員

○文/劉巖松

五十載春華秋實，三十年丹心鑄劍，他的心血和靈魂全部默默傾注給了熱帶能源作物研究事業(yè)。他是一位不斷奮進的教授，更是一位胸懷寬廣的學者。他就是中國熱帶農業(yè)科學院熱帶生物技術研究所王文泉研究員。

開拓進取，掌握先進科研理念

1985年7月于西北農業(yè)大學農學系本科畢業(yè)的王文泉，先后獲得華中農業(yè)大學作物遺傳育種專業(yè)碩士學位和中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院博士學位，曾在中國農業(yè)科學院作物品種資源研究所做博士后研究，到美國康內爾大學BTI研究所從事高級研究學者研究。工作經歷結合不斷的求學，讓他在作物種質資源與遺傳育種專業(yè)背景基礎上，敏銳地把握了最先進的作物基因組學與分子生物學技術，并且與木薯這一重要熱帶作物結下不解之緣。

在熱帶能源作物基因組學與分子育種研究方面，王文泉教授采用國際先進的分子生物學技術，評價、發(fā)掘木薯等主要熱帶高效作物的基因資源，解析淀粉高效累積等重要代謝途徑的分子調控機理，創(chuàng)建高密度分子遺傳圖譜和重要經濟性狀分子標記，搭建熱帶作物分子設計育種的區(qū)域性服務平臺，推進多樣性熱帶作物新品種培育，提升海南及熱區(qū)作物與環(huán)境資源的綜合利用水平。他作為第二完成人完成的“海南島熱帶雨林主要經濟立木彩色圖鑒”項目，獲得了2010年海南省科技進步二等獎。

如今，王文泉教授身兼多職，既是中國熱帶農業(yè)科學院熱帶生物技術研究所研究員，海南省生物質能源工程技術研究中心主任，海南大學、華中農業(yè)大學博士生導師，國家重點基礎研究973項目“重要熱帶作物木薯品種改良的基礎研究”總協(xié)調人，也是國家自然科學基金國際合作重點、科技部國際合作重點專項主持人，農業(yè)部木薯產業(yè)技術體系崗位專家。憑借其在熱帶能源作物基因組學與分子育種研究方面的豐富經驗和先進的技術，他先后承擔和完成國家級和省部級科研項目20余項，為加速我國木薯產業(yè)發(fā)展和提高我國農業(yè)創(chuàng)新技術提供了科技支撐。

厚積薄發(fā)，引領熱帶作物基礎學科發(fā)展

熱作產業(yè)種類繁多，國家定位為“滿足國家戰(zhàn)略物資生產與多樣化人民生活需求”。在我國熱帶9省區(qū)，熱作直接年產值1000億元人民幣，加上加工產值每年在2500億元以上。然而，由于熱帶作物均為小作物，加上遺傳基礎復雜，相關基礎研究十分欠缺。木薯是一種典型的熱帶作物，具備高光效、高生物量和高淀粉產量，同時耐旱、耐貧瘠，適合在我國南方大量山地種植，能夠將熱帶地區(qū)優(yōu)越的光、熱、水資源轉化為優(yōu)質生物質，服務于糧食安全、能源儲備和未來生物質產業(yè)。他們將木薯作為熱帶模式植物，研究其光合作用與淀粉高效積累，以及抗旱耐貧瘠得生物學特性，旨在為木薯和其它熱帶作物的高產優(yōu)質發(fā)掘優(yōu)良的基因資源。

針對以上問題，中國熱科院熱帶生物技術研究所、熱帶品種資源研究所，中國科學院上海生命科學院、北京基因組研究所等8家單位共同開展了中國熱科院木薯國家重大基礎研究973項目“重要熱帶作物木薯品種改良的基礎研究”。

2014年9月13日，該項目的驗收會在?？谂e行，作為項目總協(xié)調人王文泉介紹說，該項目已經同步完成了木薯野生祖先種和栽培種兩個全基因組測序，覆蓋基因區(qū)遺傳密碼的95%，發(fā)現(xiàn)了2.8萬余個共有基因模型，以及栽培與野生種中特有的基因。尤為重要的是通過比較基因組和轉錄組，首次揭示了栽培木薯高光效、光合產物運輸及淀粉高效累積途徑基因的進化特征，發(fā)掘出數(shù)百萬個單核苷酸插入和缺失標記，為今后通過分子定向設計育種培育出“超級木薯”奠定了良好的基礎。該研究成果發(fā)表于國際著名的自然出版集團旗下的《自然通訊雜志》(Nature Communication，2014）。標志著我國木薯基礎研究領域的國際領先地位。

另外，該項目還通過轉基因技術獲得了具有不同直鏈淀粉含量的系列新種質，為變性淀粉加工工藝方面提供了新材料；轉基因培育出了抗生理衰變新種質，為今后增加木薯存儲時間提供了理論和技術支撐；培育出了兩個木薯新品種和一批兼具有耐寒、高產、高淀粉率的新種質。在木薯基礎研究領域取得突破性進展，為木薯及其他熱帶作物的基礎生物學和遺傳改良研究奠定重要基礎，對我國未來的糧食安全和生物能源安全具有重要意義。

國際協(xié)作，創(chuàng)建熱帶作物分子育種服務平臺

后基因組時代的作物分子育種，已經允許一些小作物的遺傳改良走在與國際上研究最多的幾個重要作物同步的技術水平，關鍵是理念和試驗過程的協(xié)調與組織。2012年王文泉教授主持申報的國家自然科學基金-CG聯(lián)合基金重點項目“木薯全基因組關聯(lián)分析與分子育種模型”獲得資助。通過該項目，組織國際熱帶農業(yè)研究中心CIAT（哥倫比亞）、國際熱帶農業(yè)研究所IITA（尼日利亞）和巴西國家內幕研究院木薯與熱帶果樹研究所（EMBRAPA，Cassava and Tropical Fruits）等國際木薯資深研究機構，合作開展為期5年的木薯分子育種研究計劃。針對1000份重要遺傳資源，通過精細的基因型分析和表型性分析，獲取主要育種目標性狀的分子標記及基因單倍型，建立木薯基因組選擇的框架。

目前已經獲得兩年跨3個州12個點的環(huán)境試驗數(shù)據，為該項目的實現(xiàn)建立基礎數(shù)據。尤為重要的是，王文泉教授課題組在木薯全基因組測序基礎上，目前已開發(fā)出一套先進的簡化重測序基因型分析技術，稱為ASFM技術，該技術設計的DNA前處理結合混合測序，允許對大量材料樣本進行高通量低成本的測序，提取在基因組上具有基因區(qū)偏致性的選擇性序列信息，而且可以對其甲基化信息進行分析，其直接獲取單個樣本的成本為500元人民幣。該方法申請了國家發(fā)明專利，并且已經發(fā)表在自然出版集團具有較高影響力的《自然報道》雜志（Scientific Reports），這個方法同樣可以運用于其它任何一種作物。該項目的完成將會對國際木薯分子育種產生深遠影響。

王文泉教授還經常參加各種國際學術會議，并應邀報告。如2009、2010年的美國動植物基因組學大會，2012年6月18～22日在烏干達舉行的第二屆全球木薯協(xié)作會議（GCP-II）。王文泉教授在會議特邀報告中陳述了中國木薯基礎研究和產業(yè)的歷史性進步，以及中國承辦木薯國際會議的熱誠與信息，大會一致支持2015年第三屆全球木薯聯(lián)盟會議（GCP-III）在中國舉辦。2015年10月GCP-III暨第十七屆國際塊根類作物學會會議即將在中國廣西召開，這是中國木薯研究走向世界，全球分享中國木薯研究、栽培與加工技術的盛會。王文泉教授作為會議的實際組織者之一，正在與全球木薯研究精英們策劃新的全球性合作計劃，任重而道遠。

科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之本。自古以來，科學技術就以一種不可逆轉、不可抗拒的力量推動著人類社會向前發(fā)展。王文泉教授作為博士生導師，已經為國家培養(yǎng)博士、碩士研究生50余名。他相信，在中華兒女的共同努力下，祖國的“創(chuàng)新強國夢”必將如愿實現(xiàn)！