扫码联系客服
2019年1月2日，由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅和中国科学报社承办，中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2018年中国十大科技进展新闻和世界十大科技进展新闻在北京揭晓, 港珠澳大桥正式通车运营、我国新一代百亿亿次超级计算机“天河三号”原型机首次亮相、我国水稻分子设计育种取得新进展等入选2018年度中国十大科技进展新闻；“洞察”号无人探测器成功登陆火星、科研人员发现新型光合作用、首架离子驱动飞机研制成功等入选2018年度世界十大科技进展新闻。其中，备受瞩目的“历时13年小麦基因组图谱绘制完成”成功入选2018年度世界十大科技进展新闻。西北农林科技大学宋卫宁教授团队参与了此项研究，承担并完成了小麦7DL染色体物理图谱构建及序列图谱破译工作。
小麦是世界上栽培范围最广的作物，也是三大粮食之一。然而六倍体小麦十分复杂又特殊的基因组不仅使基因组测序工作“难于上青天”，更让小麦基因挖掘和品种改良工作屡屡受挫。而要攻克这些问题，必须要攻克基因组测序的难关。2005年，英法等国科学家发起并成立了国际小麦基因组测序联盟（International Wheat Genome Sequencing Consortium，IWGSC），号召并组织全世界科学家协作开展小麦基因组测序。为了获得小麦高质量的基因组序列，联盟首先采用来自捷克的Jaroslav Doležel教授高精湛的流式细胞仪分离技术，将普通小麦中国春（Chinese Spring）的21条染色体进行了分离，除了3B染色体之外，其余染色体均分为长臂（L）和短臂（S），然后分别构建了各个染色体的BAC文库，最后联盟中各个成员国分工、承担并完成各自染色体的物理图谱构建和BAC测序工作。其中，西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室宋卫宁教授团队作为加入联盟并承担实质性研究工作的唯一中国单位，承担了小麦７ＤＬ染色体的测序工作。经过全体成员国的共同努力，2018年8月17日，Science杂志发表了题为“Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome"的研究论文，标志着小麦基因组图谱的完成，这项研究被誉为是小麦育种上的“里程碑”式的研究。
看似只有短短的一节长臂，但实际的工作量和难度却绝非如想象的一般轻松。宋卫宁教授介绍道“仅仅是7DL染色体的大小，就相当于整个水稻基因组。而物理图谱构建及序列组装、分析和破译的工作量，要远远超过相应的水稻基因组。”而这并没有打消宋卫宁教授对科研工作的积极性，复杂又巨大的工作量体现了这项研究的重要性和深远的意义。宋老师带领团队，“十年磨一剑”，这座遗传学的“珠穆朗玛峰”的征服，对于全面阐明小麦的生长、发育、抗病、抗逆和高产的分子机制及相关规律具有划时代的意义，可极大推动其遗传育种研究，带来育种新变革，可帮助培育出抗旱、抗病和高产优质的小麦品种。因此，宋卫宁教授及其团队直面挑战，勇于攀登，不断摸索，顶着巨大的压力，坚持高标准、高质量，采用HICF技术，对50304个小麦7DL染色体特意的BAC克隆进行了指纹印迹分析，构建了1614个BAC，从中挑选出来4457个MTP克隆；在此基础上，采用BAC BY BAC策略对MTP进行了测序，并利用小麦90K、660K遗传图谱，将BAC重叠群进行整合和锚定，经过近10年的不懈努力，最终组装获得了小麦7DL染色体参考序列图，完成了国际小麦基因组测序计划的中国份额，为小麦基因组测序的完成贡献了中国智慧和中国力量。
小麦基因组图谱的绘制完成，对于小麦的育种工作的发展有着重要的意义，它像一本字典，为培养出高产、抗病和抗旱的小麦品种指明方向。在全球人口不断增长的现代，小麦的增产就显得尤为重要，小麦基因组图谱的绘制是一项功在当代，福泽千秋的工作，当选为2018年年度世界十大科技进展之一着实实至名归。同时，这项工作的完成，我国科学家和研究团队的贡献功不可没，这不仅意味着我国科研能力的水平已经有了大幅度的提升，更是中国力量在世界舞台上的一次展现。这项工作的完成也体现了我国科学家和研究团队心系苍生，甘于奉献，不畏艰难，永攀科学高峰的精神。他们不仅自己对世界的科学技术发展做出贡献，更是身先士卒，尽心尽力地为祖国、为世界的科学领域培养出了许许多多人才。
回顾小麦基因组的研究历程
美、法等国科学家发起并成立了国际小麦基因组测序联盟，组织全世界20多个小麦主要生产国的科学家协作开展小麦基因组测序。
国际小麦基因组测序联盟完成了普通小麦3B单条染色体的物理图谱构建，并于2014年完成了该染色体的测序及组装。
国际小麦基因组测序联盟最先发表小麦基因组。英国利物浦大学Neil Hall领导的研究小组利用454焦磷酸测序技术，对中国春的基因组进行了全基因组测序，相关研究于在Nature发表。
以英国为主的的研究小组利用精准大小的mate-pair文库和优化的组装算法，进一步提高了中国春基因组的组装质量和完整性，组装出来的基因组大约占完整中国春基因组的78%，相关研究成果发表于Genome Research。
美国约翰霍普金斯大学Steven L Salzberg领导的研究小组利用二代和三代测序技术，分别得到约65 x和36 x的测序数据，组装出来大约15.34Gb的物理图谱，约占中国春全基因组的90%，这是目前为止最完整的中国春参考图谱（Triticum 3.0），相关成果发表于GigaScience。同样，得益于NRGene的组装技术，野生二粒小麦的物理图谱也于2017年在Science发表。
UC Davis的罗明成老师基于2013年发表在PNAS上的物理图谱，在Nature上发表了小麦D基因组材料AL8/78的物理图谱。
同时，我国科学家在麦类作物基因组研究方面也做出了很多突出贡献：
中科院遗传发育所凌宏清研究员等与华大基因合作完成了小麦A的祖先种乌拉尔图小麦（Triticum urautu）的基因组草图，并在Nature上发表。
中国农科院作物科学研究所贾继增研究员与华大基因合作，对小麦D基因组祖先种-粗山羊草的基因组进行了测序组装，成果发表于Nature。
经过5年的努力，在中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室、遗传发育所基因组分析平台、中国科学院种子创新研究院、华大等机构的共同合作与努力下，基于BAC-by-BAC策略，结合PicBio的三代测序技术、BioNano以及10X Genomics技术组装了乌拉尔图小麦的第二个版本的物理图谱（Tu2.0），成果发表于Nature。
附：2018年世界十大科技进展
1“洞察”号无人探测器成功登陆火星
美国航天局“洞察”号无人探测器于美国东部时间11月26日14时54分许在火星成功着陆，执行人类首次探究火星“内心深处”的任务。美国航天局的直播画面显示，“洞察”号进入火星大气层后，约7分钟完成了进入、下降和着陆，此后顺利降落在火星艾利希平原。随后，“洞察”号通过与其同行的迷你卫星于15时许传回了火星的照片。美国航天局喷气推进实验室首席工程师罗伯·曼宁表示，这张照片意义重大，标志着“洞察”号已经正式开始工作。
2科研人员发现新型光合作用
美国《科学》杂志6月刊登的一项新研究说，蓝藻可利用近红外光进行光合作用，其机制与之前了解的光合作用不同。这一发现有望为寻找外星生命和改良作物带来新思路。英国帝国理工学院的研究人员认为，这一发现可以用来搜寻外星生命，在一些存在近红外光的地方也可能有进行光合作用的生命；该发现还可用来指导设计新作物，让作物能利用更广谱的光。
3首架离子驱动飞机研制成功
11月21日，美国麻省理工学院的研究人员在《自然》杂志上发表的一篇论文称，他们创造并试飞了第一架不需要任何活动部件的飞机。这架2.45千克的实验飞机不依靠任何旋转涡轮叶片的推动，在直接使用电动力推进的情况下自主飞行了60米。研究人员认为，如果这种技术实现在大尺寸上的运用，那么未来将能够生产出更安全、更安静、更易于维护的飞机。最重要的是，这种技术可以完全不释放燃烧后的排放物，因为整个飞行过程完全由电池作为能源。
4美科学家在原子层面“无缝缝制”两种晶体
美国科学家3月在最新出版的《科学》杂志上介绍了一种能在原子层面“无缝缝制”两种超薄晶体的新技术。这将为制造高质量新型电子产品提供可能。在电子学领域，两种不同的半导体接触形成的界面区域“异质结”是太阳能电池、LED（发光二极管）或计算机芯片的重要构件。两种材料的接触界面越平坦，电子流动越容易，产品性能越优越。这种材料将有助于开发出柔性LED、几个原子厚度的二维电路以及拉伸后可以变色的纤维等。
5新方法使先天失明小鼠复明
美国研究人员利用一种新方法，成功使先天失明的小鼠复明，为治疗视网膜色素变性等致盲疾病带来了新希望。这项研究成果8月15日发表在英国《自然》杂志上。研究人员在小鼠实验中利用基因转移的方法，促使“米勒胶质细胞”分裂并发育为可感光的视杆细胞。新发育的视杆细胞在结构上与天然视杆细胞没有差别，且形成了突触结构，使其能与视网膜内其他神经细胞交流。
6宇宙高能“幽灵粒子”来源首度现踪
多国科学家7月12日宣布，他们首次发现了宇宙高能中微子的来源。这项突破性进展将为认识宇宙提供一种新方法，推动多信使天文学进入一个新的时代。由于中微子能自由穿过人体、行星和宇宙空间，难以捕捉和探测，科学家也将它称为宇宙中的“隐身人”。长期以来，天文学家主要利用X射线、可见光、无线电波等电磁波来研究天文现象。2016年，科学家宣布第一次直接探测到引力波的存在，开启了观测宇宙的一个新窗口。
7历经13年小麦基因组图谱绘制完成
经过13年努力，来自20个国家73个研究机构的200多名科学家终于绘制完成完整的小麦基因组图谱。国际小麦基因组测序协会8月16日在美国《科学》杂志上发表论文说，他们以一种叫做“中国春”的小麦遗传研究模式品种为材料，研究整合了21条小麦染色体参考序列，获得107891个基因的精确位置、超过400万个分子标记以及影响基因表达的序列信息。科学家相信，小麦基因组图谱的绘制完成，可帮助培育出抗旱、抗病和高产优质的小麦品种。国际小麦基因组测序协会指出，全球人口到2050年预计将达到96亿，小麦产量需每年增长1.6％才能满足未来需求。
8科学家首次发现银河系外行星存在的迹象
美国科学家2月借助“微引力透镜”效应，首次发现了银河系外行星存在的迹象。这批行星数量约有2000颗，远在38亿光年之外，质量介于月球和木星之间。他们在美国《天体物理学杂志通讯》上发表报告说，该天体是一个星系的核心区域，中央有一个超大质量黑洞；这些行星不隶属于任何恒星，很久以前脱离了母星的引力束缚，成为星际流浪儿。光谱中的这些微小偏移也可能来自类星体自身活动或其他小星系。
9研究人员用基因剪刀技术开发“基因试纸”
美国布罗德研究所华裔专家张锋带领团队开发出“基因试纸”，在实验室中成功检测出一些病毒感染及肺癌患者的肿瘤标记物。2月15日发表在美国《科学》杂志上的论文显示，只需将“基因试纸”浸入处理过的样品，一条线就会显示出是否检测到靶分子。CRISPR基因编辑技术发明人之一张锋说，这种工具可用于检测病毒、肿瘤DNA（脱氧核糖核酸）等核酸物质。基因试纸最多可一次检测4个标靶，从而节约了样品用量。
10月球存在水冰获确切证实
月球黑暗、寒冷的极地地区，一直被推测含有水冰。美国夏威夷大学等机构研究人员8月21日宣布，他们首次发现了月球两极表面存在水冰的确切证据，这有可能为未来人类月球探测甚至定居提供便利。研究人员在美国《国家科学院院刊》上发表研究报告说，他们分析了印度“月船１号”探测器携带的月球矿物质绘图仪所得到的数据，发现了固态水——冰的近红外吸收光谱的特征，直接证明了那是月球上的水冰。而此前观察结果仅间接发现了月球南极存在水冰的迹象。
2019年，遇见更好的自己
欢迎关注生信人
