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(zhǎng)快、成材早、產(chǎn)量高、用途廣等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，以及綠色環(huán)保、可降解、可再生等天然特性，對(duì)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(jì)和文化資源，被譽(yù)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(guó)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(huì)上宣布，作為全球竹藤基因組計(jì)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(hù)、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(dòng)全球竹藤基因組計(jì)劃。

會(huì)上，竹藤基因組學(xué)項(xiàng)目組組長(zhǎng)、國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)的竹藤品種、資源儲(chǔ)量均居世界前列，竹藤產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科研水平均居國(guó)際領(lǐng)先地位。

不僅如此，我國(guó)還是世界竹產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)研發(fā)國(guó)，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(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)158項(xiàng)，占世界竹藤標(biāo)準(zhǔn)總量的85%以上。

特別是國(guó)際竹藤中心成立以來，作為東道國(guó)中國(guó)竹藤產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展新時(shí)期，逐步形成由資源培育、加工利用、科技研發(fā)到國(guó)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(gè)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(gè)領(lǐng)域。2017年，中國(guó)竹產(chǎn)業(yè)年總值達(dá)2359億元。我國(guó)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(yù)，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(guó)際竹藤中心發(fā)布了首個(gè)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(guó)竹子基因組學(xué)研究正式進(jìn)入了全基因組時(shí)代。

江澤慧稱，歷經(jīng)5年的不懈努力，單葉省藤和黃藤兩個(gè)染色體水平的全基因組測(cè)序工作的完成，填補(bǔ)了世界棕櫚藤基因組學(xué)研究空白，這也標(biāo)志著我國(guó)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(jì)價(jià)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(guó)特色的綠色朝陽產(chǎn)業(yè)。”國(guó)家林業(yè)和草原局副局長(zhǎng)彭有冬稱，本次發(fā)布會(huì)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(jiān)實(shí)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(cè)序，一次完成了兩個(gè)棕櫚藤藤種的基因組測(cè)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(gè)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(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)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(guó)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(hù)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(guó)際竹藤中心完成了世界首個(gè)竹子和世界首個(gè)棕櫚藤基因組測(cè)序工作，實(shí)現(xiàn)了竹藤基因組測(cè)序的“大滿貫”。

完善共享！全球竹藤基因組計(jì)劃啟動(dòng)

從竹類植物基因組的首發(fā)，到發(fā)起“全球竹藤基因組計(jì)劃”，再到棕櫚藤基因組的首發(fā)，國(guó)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(guó)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(gè)國(guó)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(jì)劃（GABR）正式發(fā)布。本計(jì)劃分為竹子和棕櫚藤兩個(gè)分計(jì)劃。整個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在全球范圍內(nèi)廣泛采樣，從中將選擇測(cè)序組裝100個(gè)竹藤基因組和1000個(gè)竹藤轉(zhuǎn)錄組。目前項(xiàng)目已經(jīng)完成中國(guó)大陸地區(qū)的400多種竹子采集工作。

“受益于測(cè)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(duì)竹子/棕櫚藤演化關(guān)系的歷史爭(zhēng)論。”江澤慧說。

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(hù)單位，今后國(guó)際竹藤中心將一如既往地對(duì)竹藤基因組學(xué)數(shù)據(jù)的全球共享、維護(hù)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(dòng)竹藤基礎(chǔ)科學(xué)研究方面發(fā)揮著重要的作用。預(yù)計(jì)到2019年，還將完成3-5個(gè)竹種和2-3個(gè)棕櫚藤藤種的全基因組測(cè)序和組裝工作。在2020年左右，國(guó)際竹藤中心將發(fā)布和維護(hù)累計(jì)10個(gè)以上的竹藤基因組數(shù)據(jù)。