多組學(xué)助力研究種質(zhì)資源研究思路國(guó)自然熱點(diǎn)2023年度生命科學(xué)部共接收重點(diǎn)項(xiàng)目申請(qǐng)740項(xiàng)，受理738項(xiàng)，資助110項(xiàng)，平均資助強(qiáng)度約為220萬/項(xiàng)。2024國(guó)自然申請(qǐng)集中接收工作即將開始，生命科學(xué)部設(shè)立的重點(diǎn)項(xiàng)目立項(xiàng)領(lǐng)域增至47項(xiàng)。下表比較了部分2023年與2024年重點(diǎn)項(xiàng)目立項(xiàng)領(lǐng)域，林學(xué)與草學(xué)（C16）、畜牧學(xué)（C17）和獸醫(yī)學(xué)（C18）沒有調(diào)整，植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)等有所調(diào)整，在多樣性的基礎(chǔ)上，重要活性、重要性狀等信息更加突出。表12023年與2024年生命科學(xué)部重點(diǎn)項(xiàng)目立項(xiàng)領(lǐng)域（部分）比較注意：表中保留國(guó)自然基金申請(qǐng)代碼涵蓋C02（植物學(xué)）、C04（動(dòng)物學(xué)）、C13（農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)與作物學(xué)）、C14（植物保護(hù)學(xué)）、C15（園藝學(xué)與植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)）、C16（林學(xué)與草學(xué)）、C17（畜牧學(xué)）、C18（獸醫(yī)學(xué)）、C19（水產(chǎn)學(xué)）。具體以國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)官網(wǎng)信息為準(zhǔn)。此外，我國(guó)已完成新中國(guó)成立以來規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣的全國(guó)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源普查，普查新收集的種質(zhì)資源將全部收入國(guó)家農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源庫。新華社近期陸續(xù)也報(bào)道了云南（盈江蝦脊蘭）、重慶（巫溪馬鈴苣苔）等地在植物資源調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)新物種。農(nóng)業(yè)資源普查研究以及優(yōu)良基因的挖掘工作已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。后續(xù)我們也會(huì)陸續(xù)整理作物、園藝、林草、畜禽、水產(chǎn)、蜂蠶等方向的經(jīng)典研究案例思路。種質(zhì)資源種質(zhì)資源是育種創(chuàng)新的基礎(chǔ)。在加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)積極推動(dòng)種質(zhì)資源鑒定評(píng)價(jià)和創(chuàng)新利用。結(jié)合發(fā)表文獻(xiàn)，我們整理了種質(zhì)資源鑒定與保護(hù)的技術(shù)路線（圖1），主要涵蓋核心種質(zhì)篩選、指紋圖譜、家系鑒定等組學(xué)研究方法。利用這些研究方法，可以幫助研究人員深化農(nóng)業(yè)資源普查，在基因?qū)用胬迩逦锓N遺傳特征、多樣性與親緣關(guān)系。圖1種質(zhì)資源遺傳特征分析技術(shù)路線圖經(jīng)典案例1—指紋圖譜：BMCPlantBiology：329個(gè)花椰菜品種SNP指紋圖譜數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建及群體遺傳分析花椰菜（Brassicaoleraceavar.botrytis）是全世界最重要的種植蔬菜作物之一。遺傳多樣性信息和有效的分子標(biāo)記缺乏阻礙著花椰菜的品種改良。本研究旨在基于SNP標(biāo)記和KASP系統(tǒng)構(gòu)建329個(gè)花椰菜品種的DNA指紋圖譜?；贙ASP基因分型數(shù)據(jù)，對(duì)329個(gè)品種進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析和群體結(jié)構(gòu)分析，生成329個(gè)品種的指紋圖譜和包含每個(gè)樣本遺傳信息的二維條形碼。本研究建立的指紋圖譜數(shù)據(jù)庫為花椰菜種子的真?zhèn)魏图兌辱b定提供了實(shí)用工具，并為現(xiàn)有花椰菜品種提供了有價(jià)值的遺傳信息。Name:DongyaxuesongSource:ChinaFingerprintcode:C|C:C|T:A|A:A|T:C|T:G|T:A|C:T|A:G|A:G|A:T|A:C|C:A|T:T|T:T|T:C|C:G|C:A|A:C|T:G|C:C|C:G|C:T|C:G|G:G|C:G|T:T|T:G|A:T|T:C|C:G|G:C|T:A|A:A|T:G|C:A|A:A|A:A|A:C|A:T|C:T|C(二維碼自動(dòng)識(shí)別)經(jīng)典案例2—核心種質(zhì)NatureCommunications：飯豆地方品種的基因組組裝及重測(cè)序分析揭示適應(yīng)性和產(chǎn)量相關(guān)位點(diǎn)飯豆（Vignaumbellata）具有高產(chǎn)、高抗病蟲、耐逆性好等優(yōu)勢(shì)。飯豆遺傳多樣性信息的匱乏阻礙了其重要性狀的遺傳解析和優(yōu)異基因的挖掘利用。本研究組裝了飯豆（FF25）的高質(zhì)量基因組（525.6Mb），并解析其進(jìn)化地位。同時(shí)，對(duì)440份地方品種進(jìn)行全基因組重測(cè)序，通過群體結(jié)構(gòu)分析獲取群體遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)信息；通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）鑒定出多個(gè)與產(chǎn)量、花期、籽粒大小等重要性狀相關(guān)的主效位點(diǎn)和候選基因；本研究為飯豆進(jìn)化分析、種質(zhì)創(chuàng)新和育種改良等奠定了基礎(chǔ)。分析技術(shù)路線及結(jié)果展示優(yōu)良基因挖掘挖掘優(yōu)異種質(zhì)資源方面，夯實(shí)育種創(chuàng)新資源基礎(chǔ)。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)剛剛發(fā)布的2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”中，“農(nóng)作物耐鹽堿機(jī)制解析及應(yīng)用”上榜。其余上榜研究包括揭示人類基因組暗物質(zhì)驅(qū)動(dòng)衰老的機(jī)制、新方法實(shí)現(xiàn)單堿基到超大片段DNA精準(zhǔn)操縱、揭示人類細(xì)胞DNA復(fù)制起始新機(jī)制等。優(yōu)良基因的挖掘工作為農(nóng)業(yè)資源的利用、品質(zhì)提升和抗逆性改良提供基礎(chǔ)支持。結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道，我們精心整理了優(yōu)良基因挖掘的技術(shù)路線（圖2），主要采用性狀定位結(jié)合基因驗(yàn)證的多組學(xué)研究范式，獲取關(guān)鍵基因區(qū)域并解析其調(diào)控機(jī)制。圖2重要性狀關(guān)聯(lián)基因挖掘技術(shù)路線圖經(jīng)典案例1——GWAS+IP-MS+過表達(dá)+基因編輯：Science：Gγ蛋白調(diào)節(jié)作物對(duì)堿性的敏感性據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)，全球有超過10億公頃的鹽漬化土壤因鹽堿程度過高而不能被利用。鹽漬化土地分為中性鹽地（富含氯化鈉和硫酸鈉）和蘇打鹽堿地（富含碳酸鈉和碳酸氫鈉）。其中鹽堿化土約占鹽漬化土壤的60%。盡管學(xué)術(shù)界對(duì)于植物耐鹽性有較深入認(rèn)知，但對(duì)植物耐堿脅迫的認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足，這阻礙了耐鹽堿作物的培育。本研究對(duì)352個(gè)代表性高粱種質(zhì)資源進(jìn)行全基因組測(cè)序，通過全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）分析檢測(cè)到一個(gè)主效基因AT1，（Alkalinetolerance1），與堿耐受性有關(guān)。AT1編碼一種非典型G蛋白γ亞基（與水稻GS3同源），通過調(diào)節(jié)環(huán)境脅迫下過氧化氫（H2O2）的外排來緩解堿脅迫對(duì)植物的危害。研究還發(fā)現(xiàn)在水稻、玉米及小作物谷子等主要糧食作物中AT1調(diào)控機(jī)制是類似的，為主要作物的耐鹽堿分子育種奠定了理論基礎(chǔ)。分析技術(shù)路線及結(jié)果展示經(jīng)典案例2——BSR性狀定位+轉(zhuǎn)錄組+代謝組：NatureCommunications：多組學(xué)鑒定茶樹中參與兒茶素O-甲基化合成的兩種甲基轉(zhuǎn)移酶O-甲基化兒茶素是一類在少數(shù)茶葉品種中以低水平存在的衍生物，具有較高的生物利用度。本研究鑒定了參與茶葉中O-甲基化兒茶素生物合成的兩種O-甲基轉(zhuǎn)移酶（OMT）并進(jìn)一步研究了CsFAOMT1和CsFAOMT2在不同茶葉組織和種質(zhì)中的表達(dá)水平與相應(yīng)O-甲基化兒茶素含量之間的關(guān)系，進(jìn)一步揭示了結(jié)構(gòu)特征和催化機(jī)制。分析技術(shù)路線及結(jié)果展示經(jīng)典案例3—基因組組裝+定位+代謝組+基因編輯：NatureFood：多組學(xué)推進(jìn)彩色大米農(nóng)藝性狀改良彩色大米（OryzasativaL.）營(yíng)養(yǎng)豐富，可以提供天然色素。但通常具有生命周期長(zhǎng)和低生產(chǎn)力等缺點(diǎn)。本研究組裝了3個(gè)黑米和2個(gè)紅米水稻品種的基因組，并通過對(duì)另外46個(gè)品種進(jìn)行重測(cè)序來評(píng)估51個(gè)色素水稻品種之間的遺傳變異。代謝組學(xué)和離子組學(xué)