勤耕耘，重積累，開創(chuàng)熱帶作物遺傳改良新途徑
——記中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所王文泉研究員

○文/劉巖松

勤耕耘，重積累，開創(chuàng)熱帶作物遺傳改良新途徑
——記中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所王文泉研究員

○文/劉巖松

五十載春華秋實(shí)，三十年丹心鑄劍，他的心血和靈魂全部默默傾注給了熱帶能源作物研究事業(yè)。他是一位不斷奮進(jìn)的教授，更是一位胸懷寬廣的學(xué)者。他就是中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所王文泉研究員。

開拓進(jìn)取，掌握先進(jìn)科研理念

1985年7月于西北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)系本科畢業(yè)的王文泉，先后獲得華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種專業(yè)碩士學(xué)位和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院博士學(xué)位，曾在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物品種資源研究所做博士后研究，到美國(guó)康內(nèi)爾大學(xué)BTI研究所從事高級(jí)研究學(xué)者研究。工作經(jīng)歷結(jié)合不斷的求學(xué)，讓他在作物種質(zhì)資源與遺傳育種專業(yè)背景基礎(chǔ)上，敏銳地把握了最先進(jìn)的作物基因組學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)，并且與木薯這一重要熱帶作物結(jié)下不解之緣。

在熱帶能源作物基因組學(xué)與分子育種研究方面，王文泉教授采用國(guó)際先進(jìn)的分子生物學(xué)技術(shù)，評(píng)價(jià)、發(fā)掘木薯等主要熱帶高效作物的基因資源，解析淀粉高效累積等重要代謝途徑的分子調(diào)控機(jī)理，創(chuàng)建高密度分子遺傳圖譜和重要經(jīng)濟(jì)性狀分子標(biāo)記，搭建熱帶作物分子設(shè)計(jì)育種的區(qū)域性服務(wù)平臺(tái)，推進(jìn)多樣性熱帶作物新品種培育，提升海南及熱區(qū)作物與環(huán)境資源的綜合利用水平。他作為第二完成人完成的“海南島熱帶雨林主要經(jīng)濟(jì)立木彩色圖鑒”項(xiàng)目，獲得了2010年海南省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

如今，王文泉教授身兼多職，既是中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所研究員，海南省生物質(zhì)能源工程技術(shù)研究中心主任，海南大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生導(dǎo)師，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究973項(xiàng)目“重要熱帶作物木薯品種改良的基礎(chǔ)研究”總協(xié)調(diào)人，也是國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)際合作重點(diǎn)、科技部國(guó)際合作重點(diǎn)專項(xiàng)主持人，農(nóng)業(yè)部木薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位專家。憑借其在熱帶能源作物基因組學(xué)與分子育種研究方面的豐富經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的技術(shù)，他先后承擔(dān)和完成國(guó)家級(jí)和省部級(jí)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，為加速我國(guó)木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展和提高我國(guó)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新技術(shù)提供了科技支撐。

厚積薄發(fā)，引領(lǐng)熱帶作物基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展

熱作產(chǎn)業(yè)種類繁多，國(guó)家定位為“滿足國(guó)家戰(zhàn)略物資生產(chǎn)與多樣化人民生活需求”。在我國(guó)熱帶9省區(qū)，熱作直接年產(chǎn)值1000億元人民幣，加上加工產(chǎn)值每年在2500億元以上。然而，由于熱帶作物均為小作物，加上遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，相關(guān)基礎(chǔ)研究十分欠缺。木薯是一種典型的熱帶作物，具備高光效、高生物量和高淀粉產(chǎn)量，同時(shí)耐旱、耐貧瘠，適合在我國(guó)南方大量山地種植，能夠?qū)釒У貐^(qū)優(yōu)越的光、熱、水資源轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)，服務(wù)于糧食安全、能源儲(chǔ)備和未來(lái)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)。他們將木薯作為熱帶模式植物，研究其光合作用與淀粉高效積累，以及抗旱耐貧瘠得生物學(xué)特性，旨在為木薯和其它熱帶作物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)發(fā)掘優(yōu)良的基因資源。

針對(duì)以上問(wèn)題，中國(guó)熱科院熱帶生物技術(shù)研究所、熱帶品種資源研究所，中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院、北京基因組研究所等8家單位共同開展了中國(guó)熱科院木薯國(guó)家重大基礎(chǔ)研究973項(xiàng)目“重要熱帶作物木薯品種改良的基礎(chǔ)研究”。

2014年9月13日，該項(xiàng)目的驗(yàn)收會(huì)在?？谂e行，作為項(xiàng)目總協(xié)調(diào)人王文泉介紹說(shuō)，該項(xiàng)目已經(jīng)同步完成了木薯野生祖先種和栽培種兩個(gè)全基因組測(cè)序，覆蓋基因區(qū)遺傳密碼的95%，發(fā)現(xiàn)了2.8萬(wàn)余個(gè)共有基因模型，以及栽培與野生種中特有的基因。尤為重要的是通過(guò)比較基因組和轉(zhuǎn)錄組，首次揭示了栽培木薯高光效、光合產(chǎn)物運(yùn)輸及淀粉高效累積途徑基因的進(jìn)化特征，發(fā)掘出數(shù)百萬(wàn)個(gè)單核苷酸插入和缺失標(biāo)記，為今后通過(guò)分子定向設(shè)計(jì)育種培育出“超級(jí)木薯”奠定了良好的基礎(chǔ)。該研究成果發(fā)表于國(guó)際著名的自然出版集團(tuán)旗下的《自然通訊雜志》(Nature Communication，2014）。標(biāo)志著我國(guó)木薯基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。

另外，該項(xiàng)目還通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得了具有不同直鏈淀粉含量的系列新種質(zhì)，為變性淀粉加工工藝方面提供了新材料；轉(zhuǎn)基因培育出了抗生理衰變新種質(zhì)，為今后增加木薯存儲(chǔ)時(shí)間提供了理論和技術(shù)支撐；培育出了兩個(gè)木薯新品種和一批兼具有耐寒、高產(chǎn)、高淀粉率的新種質(zhì)。在木薯基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，為木薯及其他熱帶作物的基礎(chǔ)生物學(xué)和遺傳改良研究奠定重要基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)未來(lái)的糧食安全和生物能源安全具有重要意義。

國(guó)際協(xié)作，創(chuàng)建熱帶作物分子育種服務(wù)平臺(tái)

后基因組時(shí)代的作物分子育種，已經(jīng)允許一些小作物的遺傳改良走在與國(guó)際上研究最多的幾個(gè)重要作物同步的技術(shù)水平，關(guān)鍵是理念和試驗(yàn)過(guò)程的協(xié)調(diào)與組織。2012年王文泉教授主持申報(bào)的國(guó)家自然科學(xué)基金-CG聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目“木薯全基因組關(guān)聯(lián)分析與分子育種模型”獲得資助。通過(guò)該項(xiàng)目，組織國(guó)際熱帶農(nóng)業(yè)研究中心CIAT（哥倫比亞）、國(guó)際熱帶農(nóng)業(yè)研究所IITA（尼日利亞）和巴西國(guó)家內(nèi)幕研究院木薯與熱帶果樹研究所（EMBRAPA，Cassava and Tropical Fruits）等國(guó)際木薯資深研究機(jī)構(gòu)，合作開展為期5年的木薯分子育種研究計(jì)劃。針對(duì)1000份重要遺傳資源，通過(guò)精細(xì)的基因型分析和表型性分析，獲取主要育種目標(biāo)性狀的分子標(biāo)記及基因單倍型，建立木薯基因組選擇的框架。

目前已經(jīng)獲得兩年跨3個(gè)州12個(gè)點(diǎn)的環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為該項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。尤為重要的是，王文泉教授課題組在木薯全基因組測(cè)序基礎(chǔ)上，目前已開發(fā)出一套先進(jìn)的簡(jiǎn)化重測(cè)序基因型分析技術(shù)，稱為ASFM技術(shù)，該技術(shù)設(shè)計(jì)的DNA前處理結(jié)合混合測(cè)序，允許對(duì)大量材料樣本進(jìn)行高通量低成本的測(cè)序，提取在基因組上具有基因區(qū)偏致性的選擇性序列信息，而且可以對(duì)其甲基化信息進(jìn)行分析，其直接獲取單個(gè)樣本的成本為500元人民幣。該方法申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，并且已經(jīng)發(fā)表在自然出版集團(tuán)具有較高影響力的《自然報(bào)道》雜志（Scientific Reports），這個(gè)方法同樣可以運(yùn)用于其它任何一種作物。該項(xiàng)目的完成將會(huì)對(duì)國(guó)際木薯分子育種產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

王文泉教授還經(jīng)常參加各種國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，并應(yīng)邀報(bào)告。如2009、2010年的美國(guó)動(dòng)植物基因組學(xué)大會(huì)，2012年6月18～22日在烏干達(dá)舉行的第二屆全球木薯協(xié)作會(huì)議（GCP-II）。王文泉教授在會(huì)議特邀報(bào)告中陳述了中國(guó)木薯基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)的歷史性進(jìn)步，以及中國(guó)承辦木薯國(guó)際會(huì)議的熱誠(chéng)與信息，大會(huì)一致支持2015年第三屆全球木薯聯(lián)盟會(huì)議（GCP-III）在中國(guó)舉辦。2015年10月GCP-III暨第十七屆國(guó)際塊根類作物學(xué)會(huì)會(huì)議即將在中國(guó)廣西召開，這是中國(guó)木薯研究走向世界，全球分享中國(guó)木薯研究、栽培與加工技術(shù)的盛會(huì)。王文泉教授作為會(huì)議的實(shí)際組織者之一，正在與全球木薯研究精英們策劃新的全球性合作計(jì)劃，任重而道遠(yuǎn)。

科技是國(guó)家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之本。自古以來(lái)，科學(xué)技術(shù)就以一種不可逆轉(zhuǎn)、不可抗拒的力量推動(dòng)著人類社會(huì)向前發(fā)展。王文泉教授作為博士生導(dǎo)師，已經(jīng)為國(guó)家培養(yǎng)博士、碩士研究生50余名。他相信，在中華兒女的共同努力下，祖國(guó)的“創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”必將如愿實(shí)現(xiàn)！

專家簡(jiǎn)介：

王文泉 男，1963年7月出生，博士，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所研究員，海南省生物質(zhì)能源工程技術(shù)研究中心主任，博士生導(dǎo)師。先后主持973計(jì)劃、木薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位、國(guó)際合作項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目20余項(xiàng)，在Nature Commun.Nucleic Acids Research等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文94篇，其中SCI收錄17篇，主編《熱帶作物種質(zhì)資源學(xué)》等專著3部，取得國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)、海南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國(guó)家發(fā)明專利各1項(xiàng)。一直致力于熱帶能源作物基因組學(xué)與分子育種研究，為提升海南及熱區(qū)作物與環(huán)境資源的綜合利用水平做出了突出貢獻(xiàn)。