这就是山东·泰安丨山农大科研团队首次破译五节芒基因组“密码”

　　近日，国际著名期刊《自然·植物》在线发表了山东农业大学教授陈翠霞课题组的研究成果。他们破译了五节芒的基因组，解析芒属植物基因进化历史，并揭示了芒草中纤维素或半纤维素含量高的分子机制，为种质利用和新品种创制提供了理论支撑。

　　芒属植物俗称芒草，是一种长在荒地里的高大野草，在我国分布广泛，经常被大家当作杂草。为什么对这一常见野生植物的研究能够在国内外引起如此强烈的轰动？该项研究成果的背后又发生了哪些故事？记者对山农教授陈翠霞进行了专访。

　　

　　△陈翠霞教授指导学生分析试验数据

　　对于芒属植物的研究具有利在千秋的意义

　　“芒属植物虽然看起来平平无奇，但是世界上最具开发潜力和广泛用途的生物能源作物，可以用来生产生物质酒精。”陈翠霞向记者介绍，十余年前，受石油价格上涨的影响，欧美发达国家纷纷投入大量资金研究可再生资源，芒草便成为当时科学家的研究重点，她也在2004年赴美国堪萨斯州立大学从事博士后研究工作时，第一次接触到了关于芒草的研究。“我后来回国后便一直坚持这一科研方向，中国是芒草重要的起源地之一，而且芒草在我国分布广泛，具有丰富的遗传多样性，这为我们的研究工作奠定了坚实的基础。”陈翠霞说。

　　

　　△五节芒

　　伴随着研究的深入，陈翠霞及课题组其他成员发现了芒草的另一个重要用途，“芒草这类植物生长速度快、生物产量高、易繁殖、抗逆性强，可以在荒草地、盐碱地、沼泽滩涂等边际土地上种植生长。除了是可再生物质原料，它还可以固土保水、改良土壤、改善生态环境，用途十分广泛。”陈翠霞告诉记者，虽然这几年国内外学者对于芒草的研究“冷”了下来，但她也一直没有放弃研究。“我国是盐碱地大国，如果我们可以深入挖掘芒草对于盐碱地的改良作用，那将会是一件利在千秋的事情。”陈翠霞说。

　　十年磨剑实现芒草知识“从无到有”

　　经过十多年的研究，陈翠霞课题组对芒属植物代表性物种五节芒的基因组高深度测序数据进行分析，终于计算出其基因组大小为2462.35Mb，杂合度为1.89％，重复序列比例为73.42％。此外，他们根据研究结果推测，芒属植物之间存在着广泛的种间杂交和渗透作用，这位通过杂交培育出更优异的芒属或甘蔗属植物品种提供了理论支持。一时间，“山农教授历时多年破译五节芒基因组密码”的消息引起了国内外学术界的关注。然而，十多年来，陈翠霞课题组对芒属植物的研究是从头开始、“白手起家”的。

　　

　　△五节芒、甘蔗和高梁中纤维素合酶家族基因鉴定及五节芒纤维素合酶成员表达量热图

　　“芒属植物基本都是野草，其生物学、细胞学和遗传学特征的知识几乎为零，而且国内学术界对于芒属植物的研究基本上是空白的，这些都给我们的研究增加了不小的难度。”陈翠霞说。由于芒属植物具有丰富的遗传多样性，陈翠霞课题组搜集了芒、荻、南荻、五节芒等国内多个芒属代表性物种及巨芒等国外杂交种共75个居群，对它们进行二代全基因组重测序，并对测序得到的变异位点分类和进化树构建。“我们几乎跑遍了大半个中国，只要听说哪里有新发现的芒属植物类型，大家就得立刻赶到当地进行采样，还是很辛苦的。”陈翠霞虽然对采样的过程一语带过，但众所周知这些植物大多生长在野外，也就不难想象其条件的艰苦。

　　为了研究芒草对于盐碱地的重要意义，陈翠霞课题组积极寻找盐碱地进行种植试验。“因为芒草不是很起眼，我们有几次种植的试验材料都被破坏了。后来在学校的支持、团队的努力下，我们在学校南校区争取到了一片试验地，这让大家特别激动。”陈翠霞说。

　　团队未来将会继续深耕芒属植物研究领域

　　有专家认为，除了作为能源植物，芒草的高抗性还有可能给同为禾本科的粮食作物，如水稻和小麦等，带来丰富的基因资源。在陈翠霞的讲解中，记者也了解到，与芒草同属甘蔗亚族的高粱是国际上重要的粮食作物，而甘蔗是全球重要的经济作物，芒草能与之杂交，就意味着其抗病、抗旱、抗涝、耐盐碱、耐贫瘠的特性很有可能成为高粱和甘蔗育种的基因资源，甚至有可能为水稻、小麦等同科粮食作物提供借鉴。

　　

　　△陈翠霞与第一作者张国斌在芒草盐碱试验地

　　目前，陈翠霞课题组在黄河三角洲盐碱地已开展了近八年的种植试验，共种植20多亩芒草试验材料，适应性良好，表现出优异的耐盐性。“这对于盐碱地的脆弱生态恢复、土壤改良和开发利用，乃至粮食安全和生态安全意义深远。”陈翠霞说。

　　十年磨剑的背后是陈翠霞及其课题组日复一复、不分昼夜地坚持和付出。谈及下一步的科研方向，陈翠霞表示，她会在利用这次科研成果的基础上，继续与这些“野草”打交道，并让科研成果尽快运用到实践之中。

　　【泰安日报社·最泰安全媒体记者 杨丽宁】