小鹽芥全基因測定拉開耐鹽植物研究序幕

　　小鹽芥是一種生長在鹽堿地的植物，開著芝麻粒兒大小的白色花兒，既沒牡丹的華麗，也無荷花的清香，很難入普通人的法眼。但最近幾年，它卻得到了生物學家的垂青，成為全球近百個生物實驗室競相研究的對象。悄無聲息中，這種普通的野草儼然已成為一朵盛開的奇葩。

　　7月9日，它登上了《美國科學院院刊》(PNAS)。一篇標題為 Insights into salt tolerance from the genome of Thellungiella salsuginea(《小鹽芥基因組研究揭示其耐逆奧妙》)的文章，公布了其基因的全序列。文章的評審者認為，論文結果揭示了非常有價值的植物抗逆機制，使人們對植物耐鹽性機制的理解邁出了一大步。同時，該論文還被《自然》雜志評述為亮點文章。

　　學界認為，耐鹽植物基因全序列的公布，拉開了其深入研究的序幕。

　　夢想實現的突破點

　　在鹽堿地種植糧食或經濟作物是人類的一個夢想，尤其對于中國這樣可耕地少、人口多的國家，意義更加非凡。

　　“土壤中高濃度的鈉離子對許多植物及農作物都造成很大傷害，嚴重影響植物生長和發育，并導致作物大量減產。”中科院遺傳與發育生物學研究所研究員儲成才說。

　　他介紹，長期以來，科學家對研究植物耐鹽的分子、生理及遺傳調控機制進行了不懈的努力。然而，到目前為止，大多數研究工作均以雙子葉模式植物——擬南芥為研究材料，而擬南芥是真正的甜土植物。利用該植物為研究材料來揭示植物耐鹽性的分子及生理機制，存在很大的局限性。

　　而與擬南芥同屬十字花科的小鹽芥，也具有作為模式植物的一系列良好特征：個體較小、生活周期短、自花授粉、種子量大、基因組較小，易于遺傳轉化，容易在實驗室操控，并能耐受500mM高鹽(海水一般在300～400 mM鹽濃度)，同時能耐干旱和零下15攝氏度低溫，因而成為科學家們研究植物耐受非生物脅迫逆境機理的理想材料。

　　中外7個科研團隊協同作戰

　　小鹽芥全基因序列的揭秘，是由中外7個科研團隊歷經近3年時間才完成的。

　　7月9日，當《美國科學院院刊》在線發表這篇文章后，研究項目的發起者、中科院遺傳與發育生物學研究所研究員謝旗，終于長長地舒了一口氣。

　　他介紹，科學界對于小鹽芥的耐鹽研究熱潮始于2005年。

　　當時，美國相關研究機構請他闡述研究小鹽芥的重要意義，以提供給相關科研經費的申請部門。

　　為此，2009年，作為國際小鹽芥研究協作組成員的謝旗聯絡研究所幾位各有專長的研究員 ——王秀杰、陳受宜、儲成才和深圳華大基因研究院的王俊，以及美國伊利諾伊大學厄巴納—香檳分校教授Han Bohnert、普渡大學教授朱健康帶領的研究團隊，共同展開了對小鹽芥基因的攻堅戰。

　　在國家自然科學基金、“973”計劃課題和植物基因組國家重點實驗室經費的支持下，7個團隊的研究人員通過近3年的奮戰，終于成功解析了小鹽芥的全基因組序列，并在理解小鹽芥在極端環境下生存的遺傳機制方面進行了探索。

　　最大難關是基因組裝

　　“與其他基因不一樣，小鹽芥基因組重復序列極高，從幾十次到千次不等，不僅計算量大，計算方法也要求更加精細，組裝很容易出錯。”作為項目主要負責人之一的王秀杰的博士生吳華君告訴《中國科學報》記者，“與其他基因組不同的是，小鹽芥沒有物理圖譜，因而組裝十分困難。”

　　但研究人員突破性地利用一種層級拼接方法對普遍使用的Illumina GA II技術所得到的短序列，進行了成功的拼裝，獲得了234Mb的scaffold(框架)序列，并將其中80%的序列整合到小鹽芥的7條染色體上。

　　研究人員推測，小鹽芥基因組存在編碼蛋白基因28457個，其中大部分基因都與擬南芥具有一定的同源性。

　　相比擬南芥，小鹽芥存在更多的“應激響應”基因。這些“應激響應”基因，通過大片段基因加倍和基因串聯加倍，得到的許多加倍基因使小鹽芥獲得了良好的高耐鹽性。

　　這幾天，吳華君和謝旗課題組的張鐘徽博士等7位研究人員，作為論文的共同第一作者，看到自己幾年的勞動有了成效，備感欣慰。