“我們剛剛又完成了2000份玉米種質(zhì)資源的基因測序和數(shù)據(jù)分析工作，給這些種子建立了‘數(shù)字身份證’，今后的生物育種將更加精準、高效。”10月25日，在江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院(以下簡稱江蘇省農(nóng)科院)種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新團隊副研究員周玲說著打開數(shù)據(jù)庫。科技日報記者看到這里面已經(jīng)儲存了近1萬份種質(zhì)資源基因組測序分析數(shù)據(jù)。
2020年6月，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院在國內(nèi)率先搭建數(shù)字化育種平臺，開展大規(guī)模種質(zhì)資源基因測序和數(shù)據(jù)分析，目前已完成2352份水稻、5082份玉米、1344份桃、366份草莓、473份辣椒等種質(zhì)資源的數(shù)字化存儲。
種業(yè)創(chuàng)新是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的核心問題，開展種源“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，首先要把種質(zhì)資源保護利用好。
“目前，江蘇省農(nóng)作物種質(zhì)資源中期庫已收集保存農(nóng)作物種質(zhì)資源5.7萬份，涵蓋54種作物，涉及14個植物科、56個屬和96個物種。”江蘇省農(nóng)科院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所所長趙涵介紹，其中水稻種質(zhì)資源15000余份、小麥種質(zhì)資源15000余份、玉米種質(zhì)資源6000余份，具有鮮明的地方特色，包括長江中下游尤其是太湖流域的水稻地方品種、南方六省一市冬麥區(qū)的小麥地方品種、江蘇地方糯玉米品種。
當前，以“新一代數(shù)字科技與生物技術(shù)深度融合”為特征的智慧育種時代正加速到來，中國種業(yè)發(fā)展面臨前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。構(gòu)建數(shù)字化育種平臺，實現(xiàn)育種數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，已成為提升育種效能的主流趨勢和根本方法。
建設(shè)先進的數(shù)字化種質(zhì)資源平臺是夯實種質(zhì)資源基礎(chǔ)的關(guān)鍵。今年2月，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十四五”推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃的通知》指出，要加強種質(zhì)資源保護，構(gòu)建種質(zhì)資源DNA分子指紋圖譜庫、特征庫和農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫。
趙涵說，數(shù)字化育種平臺通過構(gòu)建高精度模型、結(jié)合基因編輯技術(shù)，能夠先預(yù)測育種，既省去田間播種試驗的大量人力，又節(jié)省了實驗時間、提高了科研效率。
“一株水稻的基因數(shù)據(jù)量可達400M左右，一個平常的64G閃存盤只能存儲十幾株水稻的基因組數(shù)據(jù)。”趙涵介紹，生物基因組的數(shù)量十分龐大，建設(shè)數(shù)字化的種質(zhì)資源庫亟須海量存儲和高性能計算技術(shù)，才能為接下來的人工智能育種打下基礎(chǔ)。
“目前，數(shù)字化育種平臺的整體架構(gòu)設(shè)計已初步完成，主要由表型數(shù)據(jù)庫、基因型數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)計算和分析平臺3個模塊組成。”周玲介紹，一粒種子從實物變成基因數(shù)據(jù)并不容易：首先在田地里種下種子，長大后從葉片中提取DNA進行質(zhì)檢;第二步是送到實驗室對樣品進行處理和上機測序，獲得基因組上的小片段;最后再利用生物信息學(xué)軟件，將序列信息轉(zhuǎn)化為可靠的變異信息，再對變異的信息進行判讀。
周玲解釋說，每一種生物都有標準的參考基因組，只有進行對比后才能判定檢測的種質(zhì)資源是否變異，這樣就能從基因組層面追溯種子來源，為種子建立一個獨一無二的“數(shù)字身份證”。
目前，江蘇省農(nóng)科院與相關(guān)企業(yè)合作開發(fā)的變異過濾軟件，一天可分析30—40個玉米品種，比傳統(tǒng)軟件分析速率提升約40倍。
“下一步，我們將聚焦個別優(yōu)勢種質(zhì)資源(例如水稻、草莓)，根據(jù)專業(yè)特點開展具體實施和分工合作，完成平臺框架的搭建。”趙涵說，未來數(shù)據(jù)庫建立完成后，結(jié)合數(shù)據(jù)分析與育種分子技術(shù)，將形成一個現(xiàn)代化的數(shù)字育種平臺。(張曄)
關(guān)鍵詞： 玉米種質(zhì)資源 基因測序 數(shù)據(jù)分析 江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫
