深圳科学家成功破译了地球上现存最古老的种子植物苏铁完整的基因组图谱,相关论文《苏铁基因组和种子植物早期演化》成为4月18日国际植物学顶刊《Nature Plants》的封面文章。据了解,苏铁基因组项目由深圳市仙湖植物园联合深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明植物所、兰州大学、中国环境科学研究院、河南大学以及南京林业大学等22家单位65位科学家共同完成;该文章的发表,代表着种子植物基因组演化研究中的最后一块拼图完成,种子植物各大分支的基因组到现在均已覆盖。

苏铁起源于2亿7千万年前,有植物活化石之称,具有极其重要的科学价值、生态价值和经济价值,堪称“植物界的大熊猫”。而现存最原始种子植物中,仅苏铁分支一直缺少完整的基因组图谱。

作为“国家苏铁种质资源保护中心”所在地,仙湖植物园是中国最大的苏铁植物收藏展示地、也是中国植物园系统最美的植物专类园。截止目前,共收集了240多种苏铁类植物。2017年,仙湖植物园携手华大基因、中科院昆明所等单位,联合发起了苏铁基因组项目,选取中国特有的攀枝花苏铁作为测序材料,最终成功破译了苏铁完整基因组图谱,研究成果数据公开共享,全球科学家可免费下载使用。

苏铁基因组项目负责人、仙湖植物园研究员张寿洲,

“生命之树上唯独这一支目前没有任何的研究,但是苏铁研究很困难,因为它的基因组太大,然后基因结构也比较复杂,选择它,一方面因为我们仙湖植物园收集了这么多的物种,我们要了解它的遗传背景,不做这个基因组很难有深入的理解;做完了之后,截止到现在,我们对它里面所有的基因,32353个编码基因,我们就很清楚了,哪些基因干什么事?比如抗疫的是哪些基因,然后开花的是哪些基因控制,我们现在就是门儿清。”

苏铁不开花时雌雄难辨!而本次项目团队通过62株雌雄苏铁群体测序,确定了苏铁的性别决定系统为XY系统,与人类一致。同时发现了性别决定的关键基因MADS-Y基因,并通过与鞭毛结构相关的基因组数据挖掘,进一步证实了苏铁在种子植物演化中古老的地位。

发现苏铁完整基因组图谱,不仅对生命进化、环境演变等生物学研究意义重大,更重要的是,可以帮助我们挖掘遗传资源,为现代人所用。华大生命科学研究院院长徐迅介绍,

“我们在苏铁里面发现了苏铁的毒蛋白这个非常重要、宝贵的基因资源,大家都知道,抗虫棉里的BT基因,BT基因实际上是能够保护棉花不被虫咬的一个关键的、目前在用的基因资源,但是我们的毒蛋白可能会比BT基因更有效,实际上是在BT基因之外找到了另外一个未来可以用于农作物抗虫害的一个新的思路和途径。”

仙湖植物园研究员张寿洲也表示,除了农业方面可观的应用前景之外,苏铁还有很多待研究发掘的实用价值,包括药用价值,

“我们在里面还发现了有与这个抗艾滋病相关的一类基因,那么这类基因目前所用的是银杏抗菌蛋白,银杏抗菌蛋白源于银杏,但是在苏铁里面它有17个拷贝,所以如果我们把苏铁里面的银杏抗菌蛋白,通过生物发酵的方式再利用起来,为什么不能用在抗艾滋病治疗的这方面呢?这方面的药目前是美国或者日本在生产,我们为什么不去做呢?所以,作为一个植物园来讲,我们要把它背后的植物资源挖掘出来,为我们自己所用。”

(深圳新闻广播记者叶贞)