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董扬:用基因组学研究发掘生物宝库

2019-12-02 09:04 来源:科技日报 本报记者 赵汉斌

  年轻、富有活力,这是很多人对云南农业大学教授董扬的第一印象。如今,这位80后教授,正带领一支平均年龄26岁的科研团队破解全球葡萄遗传多样性和人工驯化机理。共有26国参与该研究,处理数据量达40Tb,这也是迄今为止全球最大的植物遗传资源研究项目之一。

  “有国家作后盾,还有强有力的人才和技术作支撑,取得成果,指日可待!”近日,董扬在接受科技日报记者采访时说。

  曾是云南省最年轻的教授

  1984年11月,董扬出生在陕西省宝鸡市。在武汉大学上学时,他利用课余时间,来到中国科学院昆明动物研究所(以下简称昆明动物所)实习。随后,他又在该所完成硕、博阶段的学习。

  读博时,董扬师从昆明动物所研究员王文,从果蝇的经典遗传研究入手,练足了实验室功夫,为后来从事基因组研究打下了基础。

  “我没在国外留过学,一直深耕于云南这片沃土。”采访中,董扬多次表达了自己“遇上”云南的幸运。2011年,博士毕业后,他从大理出发,骑车经过怒江峡谷,进入西藏。在此期间,他领略到了生物的多样性,并深受触动。由此,他决定把发掘这座宝库定为自己的研究方向。于是,当年不到29岁的他,坚定地走上了科研之路,成为当时云南最年轻的教授。

  而后,董扬结合云南特色,着手进行了一系列遗传资源研究工作,并在药用植物基因组、山羊基因组等领域,建起了从基因组学到功能基因组学的系列科研平台。

  创制出基因组学的标志性技术

  读研时,董扬就接触过山羊基因组研究,这项研究一直延续到他参加工作。

  “中国是世界第一大养羊国、第一大羊肉消费国和第一大羊绒生产国,但我们的羊产业发展还比较落后,尤其是在育种技术上。”董扬说,由于山羊的育种周期长,所以要想实现山羊的快速育种,就必须获得高质量的基因组。

  董扬利用本土资源,选择了云南山羊品种——云岭黑山羊,并在2011年启动了基因组测序工作。这种羊通体乌黑,有很好的抗病性。

  在山羊基因组测序中,董扬团队使用新一代测序技术和最新DNA单分子光学作图技术,克服测序中短读支架的局限,生成长超级支架,装配出的基因组接近染色体水平,获得了首个不依赖于遗传图谱的大型基因组。同时,他们利用微量核糖核酸转录组技术,首次全面揭示了山羊绒囊、毛囊在转录层面的差异,鉴定了50多个与山羊绒形成密切相关的基因。

  此外,凭借技术优势,董扬团队把原本需要10年至15年时间完成的遗传图谱,缩至半年,相关成果发表在《自然·生物技术》杂志上。业界评论称,该技术将成为基因组学发展的一项标志性技术。

  在此基础上,董扬又与国内高校、院所合作,完成了绒山羊的育种工作,使绒的产量、质量都得到迅速提升。

  辗转多地调试第三代测序仪

  回顾过往,最让董扬难忘的,是研究药用植物铁皮石斛基因组的经历。“当时石斛产业很火,老百姓对这种草药寄予脱贫厚望。然而,铁皮石斛基因组非常复杂,这个物种含有大量多糖,仅DNA提取就面临很大挑战。而且,我们用尽了所有第二代测序方法,都未达到非常好的组装效果。”他说。

  当时,第三代测序技术刚进入中国,全国只有三台相关仪器。但它们常年处于维修状态,使用成本还非常高,测序质量也不稳定。

  工欲善其事,必先利其器。董扬率队辗转于昆明、内蒙古等地,不断对第三代测序仪进行参数优化,调整仪器运行状态,还动用了“天河一号”的计算资源。最终,他们完成了测序工作,测序结果覆盖95%的全基因组和97%的基因编码区。

  “这一研究成果,不仅为中国从基因水平分析和制定铁皮石斛标准提供了科学依据,还加快了相关基础研究和应用开发的进度。”云南农业大学校长盛军说。

  通过进一步解析铁皮石斛的基因信息,董扬等人还发现了48000多个蛋白质编码基因,从基因水平证实了铁皮石斛基因组的复杂性。“通过完成这个项目,我们团队积累了三代测序的经验,为此后的工作打下了基础。”董扬说。

  此后,董扬又率队先后开展了辣木、天麻、玛卡、灯盏花、三七、茶叶、丹参等一系列药用植物的基因组学研究工作。

  “通过基因研究,我们让该领域原本相对滞后的基础研究水平得到了较大提升,并将科学成果与国际同行共享。”董扬说,世界各地的科学家也在利用这些基因组,去研究物种形态的多样性,并且利用这些基因序列来改造物种性状、造福人类。

  中国科学院院士、华大基因研究院院长杨焕明告诉科技日报记者,董扬是一位非常好学且很有见地的青年科学家,已成为众多项目的领头人。他率队搞的药用植物4.0研究计划,已达到世界前沿水平。

  “国力增强以及对基础科研的重视,让中国对世界科研的引领作用日益明显。国际同行对中国科学家的尊重和信任,也让我倍感自豪,我真是赶上了一个好时代!”董扬相信,未来在全世界基因组学研究领域,中国会发挥更强的引领作用。

(责任编辑:王蔚)

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