本報記者 張 曄 實習(xí)生 吳 婷

作物表型研究為何受到重視

生命科學(xué)進(jìn)入基因組時代以來，各種組學(xué)的充分發(fā)展使人類能從多個層面全面認(rèn)識生命現(xiàn)象。

數(shù)十年來，特異基因資源的發(fā)現(xiàn)及利用成為農(nóng)業(yè)育種的“武功秘籍”。但是，隨著多數(shù)代表性植物全基因組測序的結(jié)束，科研人員越來越認(rèn)識到植物表型研究的重要性。

表型，顧名思義就是指可以觀測的生命體性狀和特征，比如形狀、結(jié)構(gòu)、大小、顏色等。表型的精準(zhǔn)度量已成為深入認(rèn)識生命現(xiàn)象形成規(guī)律的基礎(chǔ)，系統(tǒng)解析生命復(fù)雜系統(tǒng)的突破口。

“在農(nóng)作物育種研究中，光關(guān)注基因型，還是不夠的。作物的表型不僅決定產(chǎn)量，還決定品質(zhì)。”蓋鈞鎰?wù)f。

“比如說，同樣的作物、同樣的基因，在不同的環(huán)境下，生長出來可能就不一樣。”南京農(nóng)業(yè)大學(xué)副校長丁艷鋒解釋。

基因組學(xué)正在加速基因的發(fā)現(xiàn)，但如何利用這些資源來建立基因功能和開發(fā)新基因型，如何將基因組數(shù)據(jù)用于作物改良，都需要通過表型組學(xué)，研究表型與基因、環(huán)境之間的關(guān)系。

“我們現(xiàn)在測定基因序列的能力很強，但是我們獲取表型的能力很弱，如果我們把這一條補上的話，那么我們就可以在基因型和表型之間搭建一個橋。”丁艷鋒說道。

美國國家科學(xué)基金會已將“理解生命規(guī)律，通過基因型的鑒定來預(yù)測表型”作為6大科學(xué)前沿之一。專家認(rèn)為，作物表型組及其與基因組關(guān)系的解析，是高效創(chuàng)制利用種質(zhì)資源、培育重大突破性品種的根本，代表著作物科學(xué)發(fā)展的前沿方向。

表型組學(xué)需要唱響中國聲音

在未來的國家競爭中，種質(zhì)資源作為一種戰(zhàn)略性資源，爭奪將更趨激烈。

雖然我國創(chuàng)造了以不足7%的耕地面積養(yǎng)活了全球近1/5人口的奇跡，但是良種對我國作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率僅占35%左右，與國際上優(yōu)良品種占50%左右的貢獻(xiàn)率存在較大差距。

目前，我國保存的種質(zhì)資源已達(dá)45萬份(約2300個物種)，必須重視對這些種質(zhì)資源的利用。但是，傳統(tǒng)的作物表型鑒定規(guī)模小、效率低、誤差大，已成為嚴(yán)重制約品種改良取得重大突破的瓶頸。

丁艷鋒介紹，國內(nèi)外表型組學(xué)已經(jīng)呈現(xiàn)出五大發(fā)展趨勢：由科學(xué)家個人興趣轉(zhuǎn)向規(guī)模化的合作研究，表型檢測手段由單一轉(zhuǎn)向綜合化智能化，由單一尺度轉(zhuǎn)向多尺度聯(lián)合分析，由關(guān)鍵時間點轉(zhuǎn)向全生命周期連續(xù)觀測，由組內(nèi)關(guān)聯(lián)分析轉(zhuǎn)向組間關(guān)聯(lián)分析。

習(xí)近平總書記指出，糧食安全是治國理政的頭等大事、是維系社會穩(wěn)定的“壓艙石”、是國家發(fā)展的“定海神針”。因此，我國迫切需要加強農(nóng)作物種質(zhì)表型和基因研究設(shè)施建設(shè)，探索基因組學(xué)理論和各種基因組學(xué)技術(shù)方法，為種質(zhì)資源表型鑒定及有效保護(hù)提供新手段。

目前，表型組學(xué)作為挖掘種質(zhì)資源利用廣度和深度的有效手段，起跑的發(fā)令槍已經(jīng)鳴響：美國、英國、法國、德國、荷蘭、日本、澳大利亞等主要發(fā)達(dá)國家都在積極布局，相繼出臺國家級研究計劃。

記者了解到，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，目前已列入《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》。設(shè)施建設(shè)內(nèi)容包括：高通量表型數(shù)據(jù)采集與鑒定系統(tǒng)、環(huán)境模擬與檢測系統(tǒng)、表型組—基因組大數(shù)據(jù)分析與整合系統(tǒng)等。建成后，具有從分子細(xì)胞到組織形態(tài)多層次、多生境和全生育期多尺度，對6種以上主要作物進(jìn)行年百萬株及日百畝大田表型精準(zhǔn)采集與深度解析的能力。

丁艷鋒表示，在前期籌備過程中，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)已經(jīng)與英國、法國、德國、荷蘭等國家的研究機構(gòu)合作共建了多個國際聯(lián)合研究中心。此次會議期間，22個國家的400余位專家，將重點圍繞植物表型測量技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用、高通量植物表型平臺應(yīng)用三個主題，就植物表型領(lǐng)域前沿理論、技術(shù)、方案等進(jìn)行交流分享。

(科技日報南京10月23日電)