揭秘竹藤從何而來

文／本刊記者 胡利娟

竹子和棕櫚藤是兩類最重要的非木質(zhì)森林植物資源，具有生長快、成材早、產(chǎn)量高、用途廣等獨特優(yōu)勢，以及綠色環(huán)保、可降解、可再生等天然特性，對涵養(yǎng)水源、固土固沙、固碳、用材和生物能源開發(fā)潛力巨大，是重要的生態(tài)、經(jīng)濟和文化資源，被譽為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的植物類型。那么，竹藤從何而來？又是如何演化和發(fā)展？

前不久，國際竹藤中心在北京召開的竹藤基因組學(xué)學(xué)術(shù)成果發(fā)布會上宣布，作為全球竹藤基因組計劃的初期成果，該中心在世界上首次破譯2種棕櫚藤（即黃藤和單葉省藤）的全基因組信息，并持續(xù)維護、完善毛竹基因組到高精度的染色體水平。同期，發(fā)起并積極推動全球竹藤基因組計劃。

會上，竹藤基因組學(xué)項目組組長、國際竹藤中心主任江澤慧教授介紹說，這些科研成果標(biāo)志著我國竹藤分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究取得了進(jìn)一步的重大突破。

2種棕櫚藤！首次成功破解全基因組數(shù)據(jù)

竹子和棕櫚藤是重要的森林植物資源，全世界共有竹種1642種、棕櫚藤631種。我國擁有竹子600多種、棕櫚藤40余種，分別約占全世界的1/3和1/15。目前，我國的竹藤品種、資源儲量均居世界前列，竹藤產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科研水平均居國際領(lǐng)先地位。

不僅如此，我國還是世界竹產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)研發(fā)國，擁有竹子相關(guān)專利近8000件，約占世界的50%；擁有竹藤相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)158項，占世界竹藤標(biāo)準(zhǔn)總量的85%以上。

特別是國際竹藤中心成立以來，作為東道國中國竹藤產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展新時期，逐步形成由資源培育、加工利用、科技研發(fā)到國內(nèi)外貿(mào)易的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展體系。已開發(fā)出100多個系列、近萬種竹產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用于建筑、裝飾、家居等10多個領(lǐng)域。2017年，中國竹產(chǎn)業(yè)年總值達(dá)2359億元。我國藤制品加工業(yè)具有悠久的歷史，各種款式的藤制品有近萬種，精湛的手工工藝和藤家具在世界各地享有盛譽，是傳統(tǒng)的出口創(chuàng)匯產(chǎn)品之一，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展前景。

據(jù)了解，2013年，國際竹藤中心發(fā)布了首個竹亞科的全基因組，即毛竹全基因組數(shù)據(jù)，標(biāo)志著中國竹子基因組學(xué)研究正式進(jìn)入了全基因組時代。

江澤慧稱，歷經(jīng)5年的不懈努力，單葉省藤和黃藤兩個染色體水平的全基因組測序工作的完成，填補了世界棕櫚藤基因組學(xué)研究空白，這也標(biāo)志著我國棕櫚藤生物學(xué)基礎(chǔ)研究取得了重大突破。

據(jù)悉，棕櫚藤是熱帶和南亞熱帶森林寶庫中的多用途非木本植物資源，原藤是僅次于木材和竹材的重要林產(chǎn)品，具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟價值。全球每年藤工業(yè)產(chǎn)值約為70億美元。

二百多倍！新版毛竹基因組組裝質(zhì)量高

“竹藤產(chǎn)業(yè)已然成為具有中國特色的綠色朝陽產(chǎn)業(yè)?！眹伊謽I(yè)和草原局副局長彭有冬稱，本次發(fā)布會成果開啟了竹藤物質(zhì)資源向生物信息資源的轉(zhuǎn)變，不僅為基于信息技術(shù)、生物技術(shù)等的竹藤植物生命科學(xué)研究奠定了堅實基礎(chǔ)，還為開展竹藤植物速生、材性等重要性狀相關(guān)功能基因研究、分子育種開辟了新途徑。

據(jù)了解，此次發(fā)布的棕櫚藤基因組成果，是繼2013年首次破解竹子基因組后的又一重大突破。相比于之前毛竹基因組的工作，本次棕櫚藤基因組測序，一次完成了兩個棕櫚藤藤種的基因組測序、組裝和注釋工作，其組裝質(zhì)量更高，注釋結(jié)果更全面。成果于今年8月發(fā)表在世界權(quán)威基因組學(xué)雜志《大數(shù)據(jù)》上，這是全球首次發(fā)布棕櫚藤全基因組數(shù)據(jù)。

江澤慧介紹說，最新版本的毛竹基因組數(shù)據(jù)主要使用了自主開發(fā)的技術(shù)和方法，其主要指標(biāo)全面優(yōu)于第一版本，特別是一些衡量組裝質(zhì)量的重要指標(biāo)更是高于第一版本二百多倍。相比第一個版本的毛竹基因組數(shù)據(jù)，最新版本的毛竹基因組數(shù)據(jù)精度更高，對后續(xù)實驗更具有指導(dǎo)意義。所以，最新毛竹高精度基因組完善、提高和注釋工作的完成，標(biāo)志著國際竹藤中心不僅有能力發(fā)布全基因組數(shù)據(jù)，更有能力持續(xù)維護和完善、提高全基因組數(shù)據(jù)。

江澤慧表示，這些數(shù)據(jù)不僅為開展棕櫚藤功能基因組學(xué)研究提供了基礎(chǔ)資源，促進(jìn)種質(zhì)資源的育種應(yīng)用，而且還作為開展棕櫚藤種間及不同物種之間的比較研究，提供了參考基因組。至此，結(jié)合2013年發(fā)表的毛竹基因組，國際竹藤中心完成了世界首個竹子和世界首個棕櫚藤基因組測序工作，實現(xiàn)了竹藤基因組測序的“大滿貫”。

完善共享！全球竹藤基因組計劃啟動

從竹類植物基因組的首發(fā)，到發(fā)起“全球竹藤基因組計劃”，再到棕櫚藤基因組的首發(fā)，國際竹藤中心一直站在竹藤基因組學(xué)發(fā)展的最前沿。

2016年，由國際竹藤中心、深圳華大生命科學(xué)研究院等單位共同發(fā)起，多個國家相關(guān)科研單位或大學(xué)共同參與的全球竹藤基因組計劃（GABR）正式發(fā)布。本計劃分為竹子和棕櫚藤兩個分計劃。整個項目預(yù)計將在全球范圍內(nèi)廣泛采樣，從中將選擇測序組裝100個竹藤基因組和1000個竹藤轉(zhuǎn)錄組。目前項目已經(jīng)完成中國大陸地區(qū)的400多種竹子采集工作。

“受益于測序技術(shù)的快速發(fā)展和組學(xué)數(shù)據(jù)的廣泛使用，我們將構(gòu)建最高可信度竹子/棕櫚藤分子演化樹，將前所未有地解決對竹子/棕櫚藤演化關(guān)系的歷史爭論?！苯瓭苫壅f。

作為目前世界上唯一的竹藤基因組數(shù)據(jù)發(fā)布和維護單位，今后國際竹藤中心將一如既往地對竹藤基因組學(xué)數(shù)據(jù)的全球共享、維護與完善提供全力支持。

江澤慧透露，基因組數(shù)據(jù)作為重要的生物學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在推動竹藤基礎(chǔ)科學(xué)研究方面發(fā)揮著重要的作用。預(yù)計到2019年，還將完成3-5個竹種和2-3個棕櫚藤藤種的全基因組測序和組裝工作。在2020年左右，國際竹藤中心將發(fā)布和維護累計10個以上的竹藤基因組數(shù)據(jù)。