功能性玉米被端上餐桌 这个数据库帮了大忙

  功能性玉米被端上餐桌 这个数据库帮了大忙

  华中农业大学严建兵教授团队近日在美国《交叉科学》杂志发表论文称,他们历时10年创建的玉米数据库(ZEAMAP)第三版上线,除了国内科学家外,国外科学家也可以利用这里的数据进行玉米育种研究。

  严建兵接受科技日报记者专访时表示,之前的玉米研究,我国科学家长期依赖外国同行的资源、数据和技术,而现在我们也可以输出我国的玉米数据资源了。

  玉米遗传育种研究离不开数据库

  严建兵向记者介绍:“遗传育种过程中,常常需要引入玉米中没有的基因,在内部进行不同的排列组合,把好的基因组合转移到一个新的品种里面去,以此对玉米的某些性状进行改良。”

  由于玉米是饲料的主要来源,我们需要的肉蛋奶主要靠它转化而来,所以玉米在中国的需求一直在增加。玉米在我国农业生产中的分量也越来越重,种植面积和总产量都已超过了水稻和小麦,跃居第一。玉米的重要程度不言而喻,它关乎国家的粮食安全。

  ZEAMAP是严建兵团队在进行玉米遗传改良研究时收获的一个“副产品”。“玉米专门数据库对于玉米研究来说就是一个战略资源,我们必须自己做。”2010年一回国,严建兵决定一边做育种研究一边带着团队建“数据库”。

  打造玉米多组学数据“搜索引擎”

  其实,在ZEAMAP走向国际之前,我国科学家已经在利用它进行各种研究。山东农业大学储朝晖教授利用ZEAMAP数据库进行大数据挖掘,找到了一个抗玉米纹枯病的关键基因;中国农业大学秦峰教授利用ZEAMAP数据库,发表了一系列玉米抗旱方面的成果……“实际上,这个数据库信息量还是很大的,只要你愿意去挖掘,就可以从中获益。”严建兵对记者强调,该数据库可以成为玉米育种研究工作者的一个重要工具。

  华中农业大学教授刘彬做了一个三大粮食作物基础研究的国际比较,结果显示:近10年来,我国玉米研究突飞猛进,特别是近5年,我国玉米研究在高质量期刊上发表论文的活跃程度在全球已排名第二,仅次于美国。据不完全统计,ZEAMAP数据库中的数据已被60多个国内外实验室所使用,ZEAMAP数据库中的材料也已经分发多达15000余份,基于该数据库发表的高水平文章已经有数十篇。

  ZEAMAP数据库从第一版到现在的第三版,打破过去我国玉米育种研究的“信息孤岛”,实现玉米多组学数据“云端”集成检索分析;ZEAMAP数据库成功整合了来自同一玉米群体的基因组、转录组、表型组、代谢组、表观基因组、调控组以及遗传定位结果等多组学数据,构建了一个玉米属综合数据库;另外,开放了外部接口,内嵌了基因组“浏览器”和“搜索引擎”,实现对相关组学数据的高度集成、快速检索和智能分析。严建兵坚信,再坚持扩展数据库10年、20年,随着更多科学家知道和利用它,越来越多功能性玉米将成为餐桌上的美味。

  玉米数据库在育种中屡次立功

  天然玉米的油脂含量只有4%。为了获得高油玉米,美国育种专家用了100年将这一指标提高到20%;20世纪80年代我国育种专家宋同明教授采用新的思路进行遗传改良获得这一结果,只用了8—10年。这里面的科学原理是什么,谁都不清楚,而且专家们争论也很大。

  2013年,严建兵团队利用ZEAMAP数据库,在世界上首次提出:基因组水平上微效多基因的累加是油分长期改良的遗传学基础。这篇发表在《自然遗传学》杂志上的高引用论文,解决了专家们的这一纷争。

  沿用这一思路,严建兵团队再次采用ZEAMAP数据库,将甜玉米的维生素E提高17%以上,最高可达2.5倍。这一成果率先在广东进行转化,目前高维E甜玉米品种包揽广东甜玉米的半壁江山,占据了全国甜玉米20%的市场。这一成果摘得2016年度国家科技发明二等奖。

  严建兵还参与了一项“生物强化”计划,为预防儿童夜盲症,选育富含维生素A源的玉米新品种。ZEAMAP数据库再次立功,通过选择高维生素A源种质材料,使玉米中的维生素A提高到8微克/克。(刘志伟)

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