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寻找作物改良的功能基因

文献类型： 获奖成果

作者：

作者机构：

获奖名称： 自然科学奖

获奖等级： 二等奖

第一完成单位： 香港中文大学

获奖时间： 2016

摘要： 　　控制主要农艺性状功能的基因是农业改良的重要工具，香港中文大学林汉明教授团队从一九九七年至二零零四年期间，获得香港研究资助局支持，进行有关寻找作物改良功能基因的研究。 　　团队早期的研究以拟南芥为模型，寻找控制氮代谢和源库关系的基因。结果表明天冬酰胺合成酶ASN1是氮源库关系的关键之一，首次发现可以利用ASN1来增加种子蛋白含量。研究成果发表在Plant Physiology，SCI引用累积达81次。及后的研究发现另一天冬酰胺合成酶ASN2的功能与逆境下的氨代谢相关，首次发现可以利用ASN2来加强植物耐逆性，研究成果发表在Plant Physiology，SCI引用累积达64次。 　　为了更有效应用功能基因满足作物改良需求，团队转向作物本身的基因研究。在水稻中，团队首次发现一个非常规G－蛋白（OsYchF1）和它的互作C2-Domain蛋白（OsGAP1）的功能。OsYchF1和OsGAP1这对蛋白组合形成了一个开关系统，控制植物抗病和耐逆反应的讯号，为作物抗病和耐逆改良拓展新的方向。OsGAP1能加速水稻OsYchF1类Ｇ蛋白上的ATP和GTP的水解反应，解除它对植物抗病和耐逆功能的负面影响，有助提升植物的抗病耐逆能力。这项研究可帮助农作物在遇到病菌感染或盐化土壤等恶劣环境下，仍能保持较高的收成。代表著作发表在Journal of Biological Chemistry和New Phytologist等期刊。另外，相关研究亦成功获得两项美国、两项中国和两项香港专利。 　　在最近两年，团队在OsYchF1和OsGAP1的研究再有新突破，分别发表在Proceeding of the Academy of National Science USA及Journal of Biological Chemistry。 　　通过分子生物学研究，团队亦在大豆中获得数个耐逆相关的基因，如GmPAP3、GmNHX1、GmCLC1、GmRD22、GmGST1等，发表在New Phytologist、Plant Cell & Environment等期刊。另外，相关研究亦成功获得三项美国、三项中国和三项香港专利。 　　是次申请最重要的成果，是来自一项名为“大豆回家”的研究。大豆是源自中国的作物，但近年国家每年花上数百亿美元购买大豆，研究团队希望在中国境内完成有关大豆的重要研究，从而推动大豆科研和生产发展。这项研究由林汉明教授主持，主要由港深两地科学家合作完成，是世界上首次对野生大豆和栽培大豆全基因组进行了大规模遗传多态性分析。研究人员运用新一代测序技术对17株野生大豆和14株栽培大豆进行了全基因组重测序，总共发现了630多万个SNP（单核苷酸多态性位点），建立了高密度的分子标记图谱，证明野生大豆丰富的生物多样性。研究结果于2010年作为封面故事刊登于Nature Genetics。本论文在SCI期刊上已经被引用接近300次，并引起广泛关注，阐明大豆种质资源研究的重要性，推动近年中外各地展开的大型基因组项目。 　　2010年是大豆基因组研究的重要里程，当年美国团队在Nature发表栽培大豆基因组，韩国团队在Proceeding of the Academy of National Science USA发表野生大豆基因姐，林汉明教授团队的研究代表了中国科学家在这方面的努力和参与。 　　这项成果亦为往后有关研究提供重要资源，直接和间接协助各研究人员寻找野生大豆中的各种功能基因。例如，林汉明团队利用了这些大豆基因组的多态性标记于2014年发现大豆耐盐基因，发表在2014年的Nature Communications期刊。此外，利用这些基因组研究得出的讯息，林汉明团队与甘肃省农科院旱地农业研究所合作成功选育西北地区适用的大豆（陇黄1号、陇黄2号），2015年通过区试及品种鉴定。 　　

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