功能性玉米被端上餐桌 這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)幫了大忙

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)嚴(yán)建兵教授團(tuán)隊(duì)近日在美國(guó)《交叉科學(xué)》雜志發(fā)表論文稱，他們歷時(shí)10年創(chuàng)建的玉米數(shù)據(jù)庫(kù)(ZEAMAP)第三版上線，除了國(guó)內(nèi)科學(xué)家外，國(guó)外科學(xué)家也可以利用這里的數(shù)據(jù)進(jìn)行玉米育種研究。

嚴(yán)建兵接受科技日?qǐng)?bào)記者專訪時(shí)表示，之前的玉米研究，我國(guó)科學(xué)家長(zhǎng)期依賴外國(guó)同行的資源、數(shù)據(jù)和技術(shù)，而現(xiàn)在我們也可以輸出我國(guó)的玉米數(shù)據(jù)資源了。

玉米遺傳育種研究離不開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)

嚴(yán)建兵向記者介紹：“遺傳育種過(guò)程中，常常需要引入玉米中沒(méi)有的基因，在內(nèi)部進(jìn)行不同的排列組合，把好的基因組合轉(zhuǎn)移到一個(gè)新的品種里面去，以此對(duì)玉米的某些性狀進(jìn)行改良。”

由于玉米是飼料的主要來(lái)源，我們需要的肉蛋奶主要靠它轉(zhuǎn)化而來(lái)，所以玉米在中國(guó)的需求一直在增加。玉米在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的分量也越來(lái)越重，種植面積和總產(chǎn)量都已超過(guò)了水稻和小麥，躍居第一。玉米的重要程度不言而喻，它關(guān)乎國(guó)家的糧食安全。

ZEAMAP是嚴(yán)建兵團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行玉米遺傳改良研究時(shí)收獲的一個(gè)“副產(chǎn)品”。“玉米專門數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于玉米研究來(lái)說(shuō)就是一個(gè)戰(zhàn)略資源，我們必須自己做。”2010年一回國(guó)，嚴(yán)建兵決定一邊做育種研究一邊帶著團(tuán)隊(duì)建“數(shù)據(jù)庫(kù)”。

打造玉米多組學(xué)數(shù)據(jù)“搜索引擎”

其實(shí)，在ZEAMAP走向國(guó)際之前，我國(guó)科學(xué)家已經(jīng)在利用它進(jìn)行各種研究。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)儲(chǔ)朝暉教授利用ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘，找到了一個(gè)抗玉米紋枯病的關(guān)鍵基因;中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)秦峰教授利用ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)表了一系列玉米抗旱方面的成果……“實(shí)際上，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)信息量還是很大的，只要你愿意去挖掘，就可以從中獲益。”嚴(yán)建兵對(duì)記者強(qiáng)調(diào)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可以成為玉米育種研究工作者的一個(gè)重要工具。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉彬做了一個(gè)三大糧食作物基礎(chǔ)研究的國(guó)際比較，結(jié)果顯示：近10年來(lái)，我國(guó)玉米研究突飛猛進(jìn)，特別是近5年，我國(guó)玉米研究在高質(zhì)量期刊上發(fā)表論文的活躍程度在全球已排名第二，僅次于美國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)已被60多個(gè)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室所使用，ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)中的材料也已經(jīng)分發(fā)多達(dá)15000余份，基于該數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)表的高水平文章已經(jīng)有數(shù)十篇。

ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)從第一版到現(xiàn)在的第三版，打破過(guò)去我國(guó)玉米育種研究的“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)玉米多組學(xué)數(shù)據(jù)“云端”集成檢索分析;ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)成功整合了來(lái)自同一玉米群體的基因組、轉(zhuǎn)錄組、表型組、代謝組、表觀基因組、調(diào)控組以及遺傳定位結(jié)果等多組學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一個(gè)玉米屬綜合數(shù)據(jù)庫(kù);另外，開(kāi)放了外部接口，內(nèi)嵌了基因組“瀏覽器”和“搜索引擎”，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)組學(xué)數(shù)據(jù)的高度集成、快速檢索和智能分析。嚴(yán)建兵堅(jiān)信，再堅(jiān)持?jǐn)U展數(shù)據(jù)庫(kù)10年、20年，隨著更多科學(xué)家知道和利用它，越來(lái)越多功能性玉米將成為餐桌上的美味。

玉米數(shù)據(jù)庫(kù)在育種中屢次立功

天然玉米的油脂含量只有4%。為了獲得高油玉米，美國(guó)育種專家用了100年將這一指標(biāo)提高到20%;20世紀(jì)80年代我國(guó)育種專家宋同明教授采用新的思路進(jìn)行遺傳改良獲得這一結(jié)果，只用了8—10年。這里面的科學(xué)原理是什么，誰(shuí)都不清楚，而且專家們爭(zhēng)論也很大。

2013年，嚴(yán)建兵團(tuán)隊(duì)利用ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)，在世界上首次提出：基因組水平上微效多基因的累加是油分長(zhǎng)期改良的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。這篇發(fā)表在《自然遺傳學(xué)》雜志上的高引用論文，解決了專家們的這一紛爭(zhēng)。

沿用這一思路，嚴(yán)建兵團(tuán)隊(duì)再次采用ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)，將甜玉米的維生素E提高17%以上，最高可達(dá)2.5倍。這一成果率先在廣東進(jìn)行轉(zhuǎn)化，目前高維E甜玉米品種包攬廣東甜玉米的半壁江山，占據(jù)了全國(guó)甜玉米20%的市場(chǎng)。這一成果摘得2016年度國(guó)家科技發(fā)明二等獎(jiǎng)。

嚴(yán)建兵還參與了一項(xiàng)“生物強(qiáng)化”計(jì)劃，為預(yù)防兒童夜盲癥，選育富含維生素A源的玉米新品種。ZEAMAP數(shù)據(jù)庫(kù)再次立功，通過(guò)選擇高維生素A源種質(zhì)材料，使玉米中的維生素A提高到8微克/克。

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