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发布日期：2024-12-03 作者：开云
14年前，周永锋去芬兰肄业时对葡萄还全无所闻。随后他从松树转向葡萄，专注研究葡萄10年。3年前，周永锋回国成为中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称基因组所）的研究员。
也恰是在那一年，他震动地第一次目击，贺兰山的果农们把庞大的葡萄藤埋入3米厚的土层下抵抗严寒。
周永锋在加州年夜学戴维斯校区葡萄尝试地搜集表型数据 ?
11月4日，《天然-遗传学》在线颁发周永锋团队的论文，他们在葡萄中初次实现了全基因组选择育种的新方式，将年夜幅缩短育种周期，且猜测正确度高达85%，育种效力比传统方式提高400%。该研究有望实现葡萄精准设计育种，加快葡萄品种创制，并为其他多年生作物育种供给方式参考。
周永锋做出这一亮眼的功效用了3年。3年，恰好是葡萄从种下一颗种子到第一次开花成果的时候。
从松树到葡萄
2007年，周永锋在兰州年夜学读硕士时研究的是松树，松树20年才能成果。“完成尝试设计后，20年后再会，育种成为遥遥无期的事。”周永锋说。
2010年，周永锋拜入研究松树的芬兰奥卢年夜学传授、群体遗传学家Outi Savolainen门下。“选择松树作为多年生作物遗传改进的冲破口是一条我曾走过的‘弯路’，但在这条弯路上，我很荣幸碰到了我的导师。他在群体遗传学方面很有建树，使我获得了很是严酷的练习，获益匪浅。这成为我此后操纵群体遗传学和数目遗传学常识革新多年生作物的根本。”
就在周永锋找工作之际，美国加州年夜学传授、进化基因组学家Brandon Gaut最先存眷多年生作物的育种问题。周永锋得知后很是想插手他的团队。
“Gaut感觉葡萄等多年生作物的问题很年夜、研究很掉队，并且多年生作物中有良多未被发掘的基因资本‘富矿’，研究潜力很年夜。”周永锋凭仗扎实的群体遗传学布景进入Gaut的视野，在2015年成为Gaut第一个从事葡萄研究的博士后。
葡萄的“逆天”奥秘
葡萄是一种多年生作物。一个育种家在其科研生活生计中只能做8至10代葡萄，这对培养新品种来讲远远不敷。
多年生作物常常基因组杂合度很高，育种程度还逗留在2.0时期，“份子标识表记标帜都没有效上”。周永锋说，水稻、玉米、年夜豆这些作物的育种已进入了4.0时期。在从事博士后研究的5年里，周永锋有了惊人发现。
新疆吐鲁番葡萄沟里莳植的葡萄“无核白”已无性滋生了2000多年。人们不竭扦插、嫁接，但历来没有进行过杂交。“我们今天莳植的葡萄品种仍是2000多年前的葡萄。”周永锋说。
周永锋发现，葡萄两套单倍型基因组的差别庞大。“它们的差别高达15%，而人类和年夜猩猩基因组的差别只有1%。”2019年，这一结论在《天然-植物》颁发后，掀起了轩然年夜波。
“那时我们黉舍良多弄人类基因组研究的科学家都感应难以置信，跑到我们尝试室扣问这项研究。”周永锋说，假如仅从基因组上看，的确就像两个跨属的物种产生了杂交，但是这类环境在天然界中是不成能产生的。
因为葡萄持久无性滋生，保存了年夜量体细胞变异，这类变异其实不会经由过程杂交重组而被“剔除”，从而培养了两套基因组之间“逆天”的差别。
这项研究让从事杂交土豆基因组设计育种研究的中国科学院院士、基因组所研究员黄三文留意到了周永锋。
“黄教员问我为何选择做葡萄研究，而不是水稻、玉米、小麦那些一年生的高文物。”周永锋回覆，由于水稻、拟南芥等模式作物的遗传模式完全不合适无性滋生的作物。假如要革新后者，就必需弄清晰它们的遗传模式，开辟新的育种手段。
就如许，2021年，周永锋成为基因组所独一研究葡萄的课题组长（PI）。
一跃进入4.0育种时期
要想在葡萄上实现10多年前周永锋假想的全基因组选择育种，起首要找出最有代表性的焦点种质资本。
葡萄有1万多个品种。“我们从当选择了400多份焦点种质，既能代表葡萄的多样性，又能代表典型特点，如制干、酿酒、鲜食等。”在国度葡萄财产手艺系统的撑持下，周永锋课题组顺遂完成了两年的葡萄表型查询拜访工作。
我国独有的山葡萄，可以或许在零下四十度保存 ?
随后，他们对表型数据和基因组数据进行深切发掘，肯定了年夜量节制葡萄主要出产性状假如实巨细、含糖量、酸含量、喷鼻气等的基因。
“葡萄良多主要性状是数目性状，由多基因节制，常常没有主效基因。”周永锋说，节制单宁这一葡萄酒中最主要的风味物资的基因就是如斯。
“全基因组选择育种系统有良多优势。”周永锋说，起首是人工智能在葡萄性状猜测方面表示出极高的精准度。团队练习的人工智能模子，已可以或许对单宁这类数目性状进行猜测，正确率高达85%。
这一方式年夜年夜节流了时候。传统育种6年才能取得两代葡萄，而全基因组选择育种依托基因编纂手艺改变作物开花时候，可以实现6年6代葡萄。在葡萄幼苗期间，先经由过程基因测序获得它的基因型，再操纵人工智能模子猜测性状。
该方式显著削减了人力和物力投入。假如杂交后取得300颗种子，全数种下去最少需要十几亩地，还需专人栽培育护。而全基因组选择育种仅需将小苗种在培育盆中，待其抽芽便可。
这使育种效力获得极年夜提高。传统育种一次约可选择两三百个表型特点，而全基因组选择育种手艺一次可选择上万乃至十几万种表型特点。
如许的方式让葡萄敏捷迈入育种4.0时期，且可以用在其他多年生或无性滋生作物上。论文评审人说，不管是对基因组学研究仍是对葡萄育种来讲，这一工作都极具吸引力和意义。
若何“打”赢进口酒
2021年，贺兰山的葡萄气象让周永锋年夜为震动。
宁夏贺兰山酒庄 ?
那是他第一次亲眼看到，入冬之际，果农把庞大的葡萄藤埋入3米厚的土层下抵抗严寒；来年春季，他们再将其从厚土层下挖出、扶起。
酿酒葡萄一般发展在南北纬30°至50°之间的温带地域，这里的葡萄酒庄常常都莳植着几十年、上百年的粗壮的老葡萄藤。而在我国北方，很难看到老葡萄藤，由于过年夜、过粗的藤条埋土越冬更加吃力。
贺兰山果农正在将葡萄藤埋入厚土之下。受访者供图 ?
“我们的葡萄酒为何‘打’不外进口酒？”周永锋说，现代国产葡萄酒本钱居高不下的首要缘由是，一半以上的本钱来自每一年埋土越冬。到岸原瓶进口葡萄酒年夜约50元，而本本地货葡萄酒本钱却达不到一瓶50元以下。
周永锋深信可以或许在耐受零下40摄氏度的东北山葡萄中发现抗寒基因，改进我国葡萄品种，使其更具抗寒、抗冻性，无需采取冬季埋土庇护的栽培体例。这将是年夜幅下降我国葡萄酒出产本钱的一个主要解决方案。
另外，我国丰硕的野生葡萄资本中富含多种酚类物资，这也是葡萄酒的风味物资。他们将从上万份野生资本中发掘改进葡萄风味的基因。
“我本年恰好40岁，还能干20多年才退休，可以做20多代葡萄。我但愿在退休前为解决葡萄酒的财产问题作出一些进献。”周永锋说。
相干论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41588-024-01967-5
《中国科学报》(2024-11-08第1版要闻)
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