中德科学家为甘薯寻亲：“妈妈”找到了，还有20多个“爸爸”等着做亲子鉴定

来源／视觉中国

　　新民晚报讯（记者 陆梓华）你知道甘薯由块根而生，你是否想到，它的祖先，可能是目前南美大陆上不起眼的两株有着寻常根系的植物？历经18个月的研究，中德两国科学家正在试图解开甘薯的身世之谜。中科院上海辰山植物科学研究中心和中国科学院上海植物生理生态研究所，联合德国马克斯普朗克分子遗传研究所和分子植物生理研究所的科研团队，今天在国际著名学术期刊《Nature Plants》上发表论文，首次完整解析甘薯的整个基因组，也开创了多倍体复杂基因组分析的先河。

　　绘制家谱 找到同源“兄弟姐妹”的优质基因

　　大约8000年前，人类已经开始食用甘薯。如今，我国以世界总种植面积50%的土地生产了全球80％以上的甘薯，产量近亿吨。在我国，甘薯是仅次于水稻、小麦、玉米的的第四大农作物，为保证国家粮食安全发挥着重要作用。中科院上海植生所研究员张鹏介绍，此次解析的甘薯品种是其团队于2013年培育的“泰中六号”，目前已在黄淮地区大量种植。

图说：“泰中六号”　上海辰山植物园和中科院供图

　　“然而，我们现在吃的甘薯都是经过人工筛选，突出了甘薯的高产特点；与之相比，其近缘野生种的抗虫、抗病、抗旱等基因则要更丰富一些。如果能从其近缘野生种中发现这些基因，用于育种，将进一步优化甘薯的性状，比如，让它更能对抗病毒病的侵袭，更能适应盐碱地等。”论文第一作者杨俊博士说，这就是科学家们为甘薯绘制完整“家谱”的意义所在。

图说：甘薯的前世今生 上海辰山植物园和中科院供图

　　了解甘薯的“前世今生”，并非易事。杨俊介绍，甘薯基因组共有约4.4亿个碱基对，单组大小在700M到800M之间。虽然近年来高通量测序技术日新月异，但解析多倍体基因组仍然面临着巨大障碍。该研究研究采用了Illumina测序技术，自主开发了一套全新的多倍体单倍型化分析软件，不仅将绝大部分基因组序列定位到对应染色体上，还通过全新生物信息学方法，将六倍体的六组染色体分开，结果发现，在甘薯的90条染色体中，有30条染色体来源于其二倍体祖先种，另外60条染色体来源于其四倍体祖先种；约50万年前，二倍体祖先种和四倍体祖先种之间的一次种间杂交孕育了今天的甘薯。

图说：待检测的疑似甘薯“爸爸”们 新民晚报记者 陆梓华摄

　　甘薯的寻亲之旅尚未结束。在中科院上海辰山植物科学研究中心的实验室内，杨俊指着培育中的20余株植物秧苗告诉记者，目前，科研人员已经可以基本确定二倍体植株已经可以确定为“三裂叶薯/三浅裂野牵牛”，而四倍体植株还有待从这20余种甚至更多植株中甄别。而可以确定的是，和花生、番茄、木薯、烟草、土豆等几十种人们熟悉的作物一样，甘薯的二倍体和四倍体祖先，都来自南美大陆。

　　每一个甘薯 都经过了大自然“转基因”

图说：每一个甘薯 都经过了大自然“转基因” 上海辰山植物园和中科院供图

　　有趣的的是，和大多数植物一样，甘薯的二倍体和四倍体祖先，只有普通的根系，并没有块根。块根究竟从何而来？科学家们检测后确定，在100万年前，一段T-DNA插入了甘薯的二倍体和四倍体祖先，促进甘薯块茎膨大。究竟是谁在甘薯体内插入了这段T-DNA？科学家大开起“脑洞”，这会不会是“农杆菌”搞的把戏？因为农杆菌侵占植物时，就会通过这样的方式，合成细胞分裂素，促进植物细胞增殖。一些树木长出“树瘤”，便是拜它所赐。

　　杨俊强调，这目前还仅仅是科学家的猜想，有待证实。但有一项科学计划是确凿无疑的。在完成旋花科最复杂基因组的解读后，一个强大的国际团队计划利用5-10年时间，完成旋花科全部约1600余种植物基因测序。这也是全球科学家首次对某一科植物进行全科测序。这其中就包括牵牛花、空心菜、菟丝子等具有较高实用、药用价值的植物，他们都同属旋花科。

　　据悉，国际甘薯基因组计划始于2014年，本次研究形成的甘薯基因组数据库也将向全球科学家开放，邀请各国科学家共享研究成果，推动资源植物功能基因组学研究的进程。