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人類基因組計劃花了56億美元，云南石斛全基因組精細(xì)圖譜花了一年半，它到底有什么用？
有了基因圖譜三七育種時間可大大縮短，可以切洋蔥不再流淚 全基因組圖譜真的很神嗎？
美編 合婉嫻 畫
近日，“云南完成鐵皮石斛全基因精細(xì)圖譜繪制”的消息，讓許多人為之振奮，這是云南主導(dǎo)完成的第一個植物基因組，標(biāo)志著鐵皮石斛研究進(jìn)入基因時代。早在2012年底，云南石斛種植面積已超過6萬畝，產(chǎn)值達(dá)到30億元?？墒裁词侨蚪M圖譜，它到底有什么用呢？就讓石斛全基因精細(xì)圖譜的繪制人之一、昆明理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授董揚來為讀者答疑解惑吧！
基因是什么
十指相握哪個拇指在上 這其實是基因決定的
要了解全基因組圖譜，要先了解什么是基因。先來做個實驗，雙手十指交叉相握，有的人左手大拇指在上，有的人右手大拇指在上，這是為什么呢？網(wǎng)絡(luò)上的說法很多，還有的甚至扯到了電視劇《亮劍》上：左大拇指在上的人多理性，記憶力好，反應(yīng)快，身體內(nèi)有隱性左撇子基因，思想易集中，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，創(chuàng)造力強(qiáng)，自我，主觀武斷，不易聽進(jìn)別人的意見，性格脾氣相對急噪，容易發(fā)胖，也容易成就大事。智商相對比情商高。如《亮劍》中李云龍。
右大拇指在上的人多感性，性格相對柔和，記憶力一般，脾氣好，細(xì)膩，替他人考慮居多，有時優(yōu)柔寡斷，注意力容易分散，愛操心。學(xué)習(xí)能力稍弱，模仿能力強(qiáng)。身材相對瘦削。情商相對比智商高。如《亮劍》中的政委趙剛。
“其實，這是由身體內(nèi)的一個基因決定的。”昆明理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授董揚說，“與舌頭卷不卷得起來一樣，都是基因造就的。”
還有人們熟悉的俗語“種瓜得瓜、種豆得豆”，其實也是由基因決定的。父母把自己的基因遺傳給下一代，生出來的小孩多少會像父母。
為何要了解
全基因組圖譜 為你解秘物種的生老病死
“基因”，顧名思義，即基本因子、基本要素之義，是遺傳信息的載體和遺傳物質(zhì)的最小功能單位，是指DNA分子中特定的核苷酸序列。
人類有24條不同的DNA分子，共包含約30億對堿基即核苷酸，其中蘊含著人類所有的遺傳密碼乃至人的生、老、病、死之謎。除了人類基因組計劃已經(jīng)完成外，人類還成功繪制了水稻、玉米、梅花、朱鹮等動植物的基因組。
董揚說，堿基的不同排列方式、堿基的多少、堿基的有無就導(dǎo)致了生命體千差萬別的現(xiàn)象。基因組圖譜，是將基因在染色體上的分布狀態(tài)、排列順序等綜合一起而繪成的圖譜。有了一張詳盡的基因組圖譜，就可以明確染色體上基因間的距離及它們間的相互關(guān)系，對新基因進(jìn)行定位。
如果把生命比作由幾十億個積木構(gòu)成的龐然大物，畫出了基因組圖譜就相當(dāng)于畫出了這幾十億個積木的位置和形狀。接下來的工作，就是要分析每一個積木的作用和功能，從而搭建出新的生命。
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基因的作用
縮短育種周期 可預(yù)測物種未來性狀
人類基因組計劃于1990年啟動并于2003年順利完成，總共花費了56億美元。鐵皮石斛全基因組精細(xì)圖譜，采用最新的第二代測序技術(shù)和近期剛剛引進(jìn)國內(nèi)的第三代單分子測序技術(shù)，花費了一年半的時間。有人不禁會問，人們?yōu)槭裁匆敲撮L時間去繪制全基因組圖譜。
有了基因組圖譜后，人們育種的速度會大大提高，還可以很精確地得到人們需要的高產(chǎn)、抗病、抗旱等優(yōu)良性狀。
比如，三七是云南重要的中藥材，但其育種非常麻煩，它要長到3歲時才開花結(jié)果，結(jié)7年果后就不結(jié)果了。有了三七的基因組圖譜，材料一培育出來，通過分析它的基因，就能預(yù)測它是否具有人們需要的高產(chǎn)、三七皂苷含量高、抗病等性狀，就不需要苦等3年了。
設(shè)計育種 可以切洋蔥不再流淚
除了可以縮短育種周期外，全基因組圖譜還可以讓育種專家做到“設(shè)計育種”。
人類育種一開始是人工選擇，比如在人類起源之初，他們采捕完之后有一些植物種子、動物幼崽剩下，突然有一天不小心種子發(fā)芽了、動物懷孕了。這就是第一代育種，盲目的，從野生的變成家養(yǎng)的。
第二代育種是人工選擇，就像《天工開物》上記載的，做一些人工的選擇，哪些好，就把它就選出來，不好的就淘汰。
第三代就是雜交育種。可以使生物的遺傳物質(zhì)從一個群體轉(zhuǎn)移到另一個群體，是增加生物變異性的一個重要方法。
第四代是轉(zhuǎn)基因育種，大豆、棉花、玉米、水稻等都有轉(zhuǎn)基因品種。根據(jù)人類的需要，經(jīng)DNA重組與遺傳轉(zhuǎn)化，或直接運載進(jìn)入受體作物，優(yōu)良基因幾代都能遺傳后就可以進(jìn)行田間試驗。
第五代是設(shè)計育種，根據(jù)需要基因可以產(chǎn)生任何排列組合。
“那會不會出現(xiàn)超級動植物？”記者問。
“肯定會的。”董揚說，舉個例子，切洋蔥的時候會流眼淚，控制洋蔥分泌流眼淚物質(zhì)的是小分子化合物。通過技術(shù)，可以敲除這個小分子化合物，切洋蔥時就不會流眼淚了。
外界環(huán)境 也會影響基因表達(dá)
當(dāng)然，就算是掌握了動植物的全基因組精細(xì)圖譜，人類也還不能自由創(chuàng)造生物。
《晏子春秋。雜下之十》有言：“嬰聞之：橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳，葉徒相似，其實味不同。所以然者何？水土異也。”全基因組圖譜，只是幫助人們更好地了解生物體的所有基因。但環(huán)境因素會對基因組產(chǎn)生一些修飾，導(dǎo)致基因表達(dá)上有一些差異，就像同樣的水稻品種，施肥與不施肥，長得就不同。
董揚就曾做過同卵雙生山羊的研究。把同卵雙生的兩只山羊放在不同的地方飼養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)它們?nèi)獾钠焚|(zhì)有差異。“但是研究發(fā)現(xiàn)，它們的甲基化差異不是很大，所以我們認(rèn)為環(huán)境對動植物的生長影響還是有限的，不像基因組那么直接。”
鐵皮石斛全基因組精細(xì)圖譜繪制項目，由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合普洱市普洱茶研究院，在中科院昆明動物研究所的技術(shù)支持下完成。標(biāo)志著鐵皮石斛研究進(jìn)入基因時代，它將讓云南石斛產(chǎn)值從2012年的30億元上升到新的空間。
記者 楊質(zhì)高 實習(xí)生 趙文翠 張麗莎(春城晚報)
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