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基因工程助力蒲公英橡胶草开发——李家洋院士专访

2022-2-25 11:32| 发布者: admin_1| 查看: 551| 评论: 0|来自: 中国科学院遗传与发育生物学研究所

空格1、 据悉您的团队近日在权威学术期刊SCIENCE CHINA Life Sciences杂志发表了橡胶草与普通蒲公英的高质量参考基因组组装研究成果。可否请您介绍一下这项研究取得的主要进展。
空格答:这项研究是以产胶的橡胶草和不产胶的普通蒲公英为研究对象,利用最新测序技术和组装方法对橡胶草基因组进行了更加精细的组装,及首次解析了普通蒲公英的参考基因组,并对二者进行了比较基因组学分析,重点分析了天然橡胶合成途径中关键代谢物含量和相关基因表达水平的差异,对天然橡胶的合成机制进行了更加深入的解析。
空格这项研究结果可以为橡胶草中天然橡胶和普通蒲公英中重要药用成分的合成机制研究提供必需的基因组信息,从而有助于对代谢途径中重要基因功能和表达调控网络进行深入解析,为橡胶草和普通蒲公英的遗传改良和育种提供重要的基因资源和理论支持。
空格2、 您为什么要选择这个研究方向,当时是怎么考虑的(研究意义)?
空格答:选择橡胶草这个研究方向,首先源于天然橡胶的重要性。我们都知道,天然橡胶是重要的工业原料和战略物资,从家居日用到国防科技,橡胶制品具有广泛重要的用途。随着全球经济的增长,各国对天然橡胶的需求持续增加,但是我国天然橡胶近80%的用量需要进口,自产率低是因为目前商业化的天然橡胶几乎全部来源于橡胶树,但我国能种植橡胶树的区域非常有限,仅分布在海南、云南、福建等地。橡胶树的生长周期长,一般生长6-8年才能割胶,目前割胶不能机械化,全部依赖人力。橡胶树的种植对环境破坏也很大,其生长需要大量的水分和营养,橡胶林下甚至寸草不生。另外橡胶树还面临着南美叶疫病的巨大威胁,南美叶疫病是一种破坏性的橡胶树病害,该病在美洲的流行几乎完全毁灭了当地的橡胶种植业,这也是当今世界橡胶树种植园主要分布于东南亚的原因,至今这一病害无药可治,只能预防。我们也曾考虑并尝试过通过基因工程培育橡胶树新品种,但橡胶树转基因相当困难。
空格基于以上原因我们选择了橡胶草作为解决我国天然橡胶供给难题的研究对象。自然界中有超过2500种植物能合成天然橡胶,经过筛选研究,人们发现橡胶草是一种很有开发前景的可替代胶源。与橡胶树相比,橡胶草有许多优点:产胶周期短,仅为一年或两年,繁育条件好的情况下六个月即可收获;种植范围广,尤其适于我国广大温带及寒带地区种植;适合机械化生产,减少人力成本,具有良好的产业化发展前景。20世纪30~50年代,受第二次世界大战的影响,全球有过橡胶草橡胶开发热潮,前苏联、美国和德国都曾大量栽培种植橡胶草用于战时应急,但由于根生物量小、生产成本高等原因,其研发和应用二战之后就被搁置了。进入21世纪以来,随着现代科技手段的提高,对橡胶草进行基因工程改造等,能大大加快橡胶草的良种培育及产业化进程。美国、德国、欧盟国家等也都重启了橡胶草研究计划,推进橡胶草橡胶的工业化生产。
空格3、 对于蒲公英橡胶的产业化开发,您认为当务之急要解决的问题有哪些?对于蒲公英橡胶的开发应该如何规划,突破口是什么?
答:蒲公英橡胶的产业化开发,包括很多环节,比如橡胶草优良种质的培育、规模化种植、橡胶提取与品质检测、橡胶原料加工与产品生产等。这些环节都很重要,但可参考的技术资料有限,没有现成的工业化技术可借鉴,每一环节都面临着很多技术难题;但其中最核心部分,当属橡胶草优良种质的培育,没有产胶量高、橡胶品质好的橡胶草种质,下游的一系列开发过程就犹如无源之水、无本之木。
空格目前研究用到的橡胶草种质,主要是采集的野生资源,及部分经过初步的杂交选育或者基因工程改造的资源,这些种质的胶产量和胶品质,离成为经济作物还有一段距离。要快速把橡胶草培育成经济作物,就要从基因层面去研究天然橡胶的合成机理、研究影响橡胶品质和橡胶草根发育的基因并解析其功能及遗传调控网络,找到这些基因,我们就能够通过基因工程的方法,快速培育出橡胶合成效率高、橡胶品质优、根生物量大的橡胶草新种质;及具有抗盐碱、抗病虫害、耐热抗冷等特性的种质,以提高橡胶草的环境适应能力,扩大种植范围;或者培育出株型直立适于合理密植与收获、根系发达耐缺氧适合植物工厂生产的种质,以适应未来智慧农业的发展。
空格4、 对于蒲公英橡胶开发的前景,您有什么好的建议?
空格答:在最近的五年(2022-2026),需要充分利用基因工程技术,加快橡胶草优良种质的培育,实现橡胶草从野生植物到经济作物的驯化;研究橡胶草的各单位,包括大学、研究所、企业等,需要加强合作研究,初步启动产业化;在接下来的五年(2027-2031),要推广驯化后的橡胶草,实现新天然橡胶的产业化,最终解决天然橡胶替代来源的问题。
空格5、 对于“蒲公英橡胶产业技术创新战略联盟”的未来发展,您有什么期盼和建议?
空格答:“蒲公英橡胶产业技术创新战略联盟”,联合了产、学、研、用各单位,是我国蒲公英橡胶产业化研究的组织基础,在我国橡胶草研究的初始阶段充分发挥了凝聚共识和组织协调的作用,推动了相关研究的快速发展;随着研究的逐步深入,联盟各单位要继续发挥各自优势,合作更加紧密,充分发挥联盟全产业链优势,进一步推进联盟内部成果共享。衷心祝愿联盟各单位团结一致,攻克难关,早日成功实现橡胶草产业化开发,以拓宽我国天然橡胶供应的渠道,增强我国天然橡胶企业的国际竞争力,为我国天然橡胶资源的稳定供应做出更大贡献。


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