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董揚:用基因組學研究發掘生物寶庫

2019-12-02 科技日报 赵汉斌
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  年輕、富有活力,這是很多人對雲南農業大學教授董揚的第一印象。如今,這位80後教授,正帶領一支平均年齡26歲的科研團隊破解全球葡萄遺傳多樣性和人工馴化機理。共有26國參與該研究,處理數據量達40Tb,這也是迄今爲止全球最大的植物遺傳資源研究項目之一。

  “有國家作後盾,還有強有力的人才和技術作支撐,取得成果,指日可待!”近日,董揚在接受科技日報記者采訪時說。

  曾是雲南省最年輕的教授

  1984年11月,董扬出生在陕西省宝鸡市。在武汉大学上学时,他利用课余时间,来到中國科學院昆明动物研究所(以下简称昆明动物所)实习。随后,他又在该所完成硕、博阶段的学习。

  讀博時,董揚師從昆明動物所研究員王文,從果蠅的經典遺傳研究入手,練足了實驗室功夫,爲後來從事基因組研究打下了基礎。

  “我沒在國外留過學,一直深耕于雲南這片沃土。”采訪中,董揚多次表達了自己“遇上”雲南的幸運。2011年,博士畢業後,他從大理出發,騎車經過怒江峽谷,進入西藏。在此期間,他領略到了生物的多樣性,並深受觸動。由此,他決定把發掘這座寶庫定爲自己的研究方向。于是,當年不到29歲的他,堅定地走上了科研之路,成爲當時雲南最年輕的教授。

  而後,董揚結合雲南特色,著手進行了一系列遺傳資源研究工作,並在藥用植物基因組、山羊基因組等領域,建起了從基因組學到功能基因組學的系列科研平台。

  創制出基因組學的標志性技術

  讀研時,董揚就接觸過山羊基因組研究,這項研究一直延續到他參加工作。

  “中國是世界第一大養羊國、第一大羊肉消費國和第一大羊絨生産國,但我們的羊産業發展還比較落後,尤其是在育種技術上。”董揚說,由于山羊的育種周期長,所以要想實現山羊的快速育種,就必須獲得高質量的基因組。

  董揚利用本土資源,選擇了雲南山羊品種——雲嶺黑山羊,並在2011年啓動了基因組測序工作。這種羊通體烏黑,有很好的抗病性。

  在山羊基因組測序中,董揚團隊使用新一代測序技術和最新DNA單分子光學作圖技術,克服測序中短讀支架的局限,生成長超級支架,裝配出的基因組接近染色體水平,獲得了首個不依賴于遺傳圖譜的大型基因組。同時,他們利用微量核糖核酸轉錄組技術,首次全面揭示了山羊絨囊、毛囊在轉錄層面的差異,鑒定了50多個與山羊絨形成密切相關的基因。

  此外,憑借技術優勢,董揚團隊把原本需要10年至15年時間完成的遺傳圖譜,縮至半年,相關成果發表在《自然·生物技術》雜志上。業界評論稱,該技術將成爲基因組學發展的一項標志性技術。

  在此基礎上,董揚又與國內高校、院所合作,完成了絨山羊的育種工作,使絨的産量、質量都得到迅速提升。

  輾轉多地調試第三代測序儀

  回顧過往,最讓董揚難忘的,是研究藥用植物鐵皮石斛基因組的經曆。“當時石斛産業很火,老百姓對這種草藥寄予脫貧厚望。然而,鐵皮石斛基因組非常複雜,這個物種含有大量多糖,僅DNA提取就面臨很大挑戰。而且,我們用盡了所有第二代測序方法,都未達到非常好的組裝效果。”他說。

  當時,第三代測序技術剛進入中國,全國只有三台相關儀器。但它們常年處于維修狀態,使用成本還非常高,測序質量也不穩定。

  工欲善其事,必先利其器。董揚率隊輾轉于昆明、內蒙古等地,不斷對第三代測序儀進行參數優化,調整儀器運行狀態,還動用了“天河一號”的計算資源。最終,他們完成了測序工作,測序結果覆蓋95%的全基因組和97%的基因編碼區。

  “這一研究成果,不僅爲中國從基因水平分析和制定鐵皮石斛標准提供了科學依據,還加快了相關基礎研究和應用開發的進度。”雲南農業大學校長盛軍說。

  通過進一步解析鐵皮石斛的基因信息,董揚等人還發現了48000多個蛋白質編碼基因,從基因水平證實了鐵皮石斛基因組的複雜性。“通過完成這個項目,我們團隊積累了三代測序的經驗,爲此後的工作打下了基礎。”董揚說。

  此後,董揚又率隊先後開展了辣木、天麻、瑪卡、燈盞花、三七、茶葉、丹參等一系列藥用植物的基因組學研究工作。

  “通過基因研究,我們讓該領域原本相對滯後的基礎研究水平得到了較大提升,並將科學成果與國際同行共享。”董揚說,世界各地的科學家也在利用這些基因組,去研究物種形態的多樣性,並且利用這些基因序列來改造物種性狀、造福人類。

  中國科學院院士、华大基因研究院院长杨焕明告诉科技日报记者,董扬是一位非常好学且很有见地的青年科学家,已成为众多项目的领头人。他率队搞的药用植物4.0研究计划,已达到世界前沿水平。

  “国力增强以及对基础科研的重视,让中国对世界科研的引领作用日益明显。国际同行对中國科學家的尊重和信任,也让我倍感自豪,我真是赶上了一个好时代!”董扬相信,未来在全世界基因组学研究领域,中国会发挥更强的引领作用。

  (原载于《科技日报》 2019-12-02 05版)

打印 責任編輯:侯茜

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