2006年7月,西北農(nóng)林科技大學(xué)教授宋衛(wèi)寧團(tuán)隊正式加入國際小麥基因組測序聯(lián)盟,是參與該國際組織的唯一的中國科研團(tuán)隊。歷經(jīng)12年的艱苦工作,終于在2018年完成了小麥完整基因組測序工作。
我國自古就是農(nóng)業(yè)大國,根據(jù)世界銀行數(shù)據(jù),2021年,我國農(nóng)業(yè)增加值達(dá)到了1.28萬億美元,占世界農(nóng)業(yè)增加值的31.1%。然而,雖是農(nóng)業(yè)大國卻不是農(nóng)業(yè)強(qiáng)國。數(shù)據(jù)顯示,2021年我國農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)出口額3041.7億美元,貿(mào)易逆差高達(dá)1354.7億美元,其中大豆、種子等重要資源型農(nóng)產(chǎn)品長期處于凈進(jìn)口狀態(tài)。
在我國,約40%的人口以小麥為主食。然而,雖然小麥的品種和種植面積在逐年增加,但優(yōu)質(zhì)專用小麥仍然存在品種繁雜、農(nóng)戶分散“插花”種植、規(guī)?;?、混種混收、病蟲害嚴(yán)重等現(xiàn)象。針對我國小麥種植的現(xiàn)狀,西北農(nóng)林科技大學(xué)依托于自身的農(nóng)業(yè)科研優(yōu)勢,開展了多項關(guān)于小麥的研究工作,并取得了豐碩的成果。
2018年9月,西北農(nóng)林科技大學(xué)參與并完成了世界首個六倍體小麥基因組中7DL染色體密碼破譯工作,這是西北農(nóng)林科技大學(xué)國際交流合作取得的重大成果。
2022年9月,西北農(nóng)林科技大學(xué)的植物氮素營養(yǎng)團(tuán)隊的研究成果《NLP7轉(zhuǎn)錄因子是植物的一個硝酸鹽受體》在世界知名科技期刊《科學(xué)》在線發(fā)表
小麥?zhǔn)鞘澜绶秶鷥?nèi)種植最為廣泛的谷物之一,然而,小麥的完整基因組測序一直沒有完成。其原因是,小麥基因組體量龐大,是人類基因組的5倍、水稻基因組的40多倍;并且小麥?zhǔn)堑湫偷漠愒炊啾扼w基因組(同一個生物個體內(nèi)的基因組自我復(fù)制或同一個物種內(nèi)不同個體間的雜交并導(dǎo)致基因組加倍)生物,有很多重復(fù)序列。
2006年7月,西北農(nóng)林科技大學(xué)教授宋衛(wèi)寧團(tuán)隊正式加入國際小麥基因組測序聯(lián)盟,是參與該國際組織的唯一的中國科研團(tuán)隊。歷經(jīng)12年的艱苦工作,終于在2018年完成了小麥完整基因組測序工作。
掌握小麥完整基因組測序的意義重大,科研人員可根據(jù)小麥基因中的某些缺陷進(jìn)行定向攻破,破解小麥生長周期中的“基因病”問題,提升小麥的產(chǎn)量;通過研究小麥不同的基因組,可以揭示小麥的遺傳變異和多樣性,從而為小麥的育種和品種改良提供更多的材料和手段;此外,小麥作為一種高度易感農(nóng)作物,容易受到各種病蟲害的侵襲,利用基因組圖譜,科研人員可以研究小麥基因的相關(guān)抗性,從而培育某些特定基因凸顯的小麥品種,為培育抗蟲病害的小麥提供新的解題思路。
國際小麥基因組測序聯(lián)盟主席、澳大利亞墨爾本大學(xué)小麥育種專家魯?shù)稀ぐE酄査乖u價該研究是“征服了遺傳學(xué)的‘珠穆朗瑪峰’”。
其實(shí),在掌握小麥完整基因組圖譜之前,西北農(nóng)林科技大學(xué)早已針對小麥部分基因組開啟了相關(guān)研究工作。中國工程院院士、西北農(nóng)林科技大學(xué)教授康振生團(tuán)隊歷時18年,于2022年發(fā)現(xiàn)了小麥中協(xié)助條銹菌感染的感病基因,并通過敲除感病基因,使小麥不易遭受條銹菌的侵染,開辟了抗病小麥育種的新思路和新途徑。
小麥條銹病被稱為小麥“癌癥”,是世界范圍內(nèi)最嚴(yán)重的小麥病害之一。條銹病由條銹菌引發(fā),具有氣傳性,致病率奇高、傳染性極強(qiáng)且小麥枯死率高,被視為小麥種植過程中的重大生物災(zāi)害。
康振生團(tuán)隊挖掘出全球首個被病菌毒性蛋白利用的小麥感病基因——編碼胞質(zhì)類受體蛋白激酶。他們發(fā)現(xiàn),該蛋白激酶負(fù)責(zé)調(diào)控小麥的基礎(chǔ)免疫系統(tǒng),能夠被條銹菌分泌的毒性蛋白劫持,讓條銹菌輕易通過細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核,感染小麥。簡而言之,該基因組就像是小麥免疫系統(tǒng)的“守門人”,但被條銹菌感染后,它就會“放過”條銹菌,讓其進(jìn)入小麥的細(xì)胞核內(nèi),小麥因此感染致病。
康振生團(tuán)隊利用基因編輯技術(shù)精準(zhǔn)敲除了感病基因,破壞了毒性蛋白和感病基因之間的相互識別系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了小麥對條銹病的廣譜抗性。經(jīng)過基因編輯的小麥在主要性狀、品質(zhì)保持不變的前提下,展現(xiàn)出對條銹病的高抵抗能力。
這只是西北農(nóng)林科技大學(xué)在農(nóng)業(yè)科技中取得成績的冰山一角。西北農(nóng)林科技大學(xué)培育的“西農(nóng)979小麥”累計種植面積超過1.5億畝,于2019年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎;“西農(nóng)511小麥”被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為第一批綠色抗病品種和黃淮麥區(qū)抗赤霉病育種突破性品種。西北農(nóng)林科技大學(xué)攻克了山羊體細(xì)胞克隆技術(shù)難關(guān),獲得了世界首例體細(xì)胞克隆山羊;開創(chuàng)的農(nóng)業(yè)實(shí)體水—虛擬水耦合調(diào)控研究領(lǐng)域,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)水科學(xué)的發(fā)展,獲2022年教育部高等學(xué)??茖W(xué)研究優(yōu)秀成果自然科學(xué)一等獎……
科技是農(nóng)業(yè)強(qiáng)國的重要路徑。西北農(nóng)林科技大學(xué)始終牢記支撐和引領(lǐng)干旱半干旱地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要使命,實(shí)施“頂天”“立地”(“頂天”就是要達(dá)到國際農(nóng)業(yè)科技前沿高峰,“立地”就是在農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用)相結(jié)合的科技工作方針,緊扣國家戰(zhàn)略需求和區(qū)域發(fā)展需要,積極開展面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研究,充分發(fā)揮中國農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)高等教育發(fā)展的比較優(yōu)勢,著力打造助推“一帶一路”建設(shè)的農(nóng)業(yè)科技的標(biāo)桿。