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在路上——追寻竹子色彩形成的功能基因
 
——访云南省林业科学研究院研究员王娟
 
更新时间: 2016-11-25 09:52:02     来源: 中国绿色时报(2016-11-25)
 
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王娟在介绍红色竹秆新品种

    她研究竹子与其他专家有些不同。

    竹子最吸引她的,是竹子色彩形成的机理。因此,她用青春年华一路追寻的,是深深地躲藏在竹子色彩背后的那些看不见摸不着的基因。

    20多年的不懈努力,让她在这个领域取得了巨大突破,也让她成为我国最早开展竹子重要性状功能基因研究并作出重要贡献的专家和“云南省中青年学术和技术带头人”。

    她就是云南省林业科学院研究员、国家林业局云南珍稀濒特森林植物保护与繁育重点实验室/云南省森林植物繁育和开发利用重点实验室主任王娟。

    深深情缘,与竹子“定下”一生的约会

    王娟对竹子有一种与生俱来的情愫。

    她生长的地方——云南红河建水和文山马关,都盛产竹子,她说:“我是吃着家乡的竹笋长大的。”

    2004年,王娟博士一毕业,就开始了竹子研究。如今,她已经在探索竹子色彩形成基因的路上走了近20年,而且还将一直走下去。

    在王娟眼里,竹子是植物界一个很特殊的类群,竹林是第二个绿色大森林。

    1997年,王娟和同事承担了在云南红河州中越边境的大围山国家级自然保护区的植物植被科学考察。从红河河谷的热带大型丛生竹,到海拔近3000米的山顶寒温性高山箭竹和玉山竹的调查研究,开启了她的竹子研究生涯。如今,她已担起国家林业局云南珍稀濒特森林植物保护与繁育重点实验室、云南省森林植物培育与开发利用重点实验室、中国-新西兰森林植物培育与开发利用联合实验室主任的重任。

    她与竹子的约会,注定将要持续一生。

    苦苦追寻,探索控制竹子特殊性状的功能基因

    竹子开花有着与其他植物完全不同的特性。因此,对竹子的研究,特别是培育竹子新品种的研究,必须从宏观深入微观,探寻控制竹子遗传性状的功能基因。

    竹子是具有重要生态功能和极高经济价值的禾本科竹亚科植物,具有生长快、成材周期短、自我更新能力强、用途广泛等特点,已经在中国,特别是在云南,发展成为当地农林业的经济支柱或主要产业,成为全国林业的四大朝阳产业之一。然而,竹类植物开花周期长达20年-120年,绝大多数竹子一次开花即死亡,自然结实率非常低,这些特殊的繁殖生物学特性,在很大程度上限制了人们对竹子遗传基础及遗传规律的研究,严重阻碍和制约了对其有重要经济利用价值的性状进行高效选育、遗传品质改良和优良种质培育技术的研究。长期缺乏对竹类植物选优、改良和育种技术研究,已成为科学、合理高效开发与利用这一重要生物资源的主要制约因素,也是中国或云南竹产区生态环境建设和竹产业提质增效的一个短板。

    运用现代分子生物学理论与基因工程手段对竹类植物进行较深入系统的研究,从基因水平上开展选优、改良和育种技术研究,是获得适合产业化利用的优良竹种的唯一选择,也是研究其重要经济性状的基因调控机理、特殊抗逆性等生境下的生理适应机制和独特生物学特性的必由之路。

    因此,王娟选择了一条很难走的路——探索竹子花青素和开花机理,研究控制这些重要遗传性状的功能基因。

    2008年-2010年,王娟在国家西部人才培养项目的支持下,到新西兰皇家植物与食品研究院进行竹子花青素合成代谢主效调控基因标记、克隆和功能鉴定技术的学习与研究。回国后,她将自己的主要精力用于该课题的研究上,运用现代分子生物学手段,对云南竹类植物进行了系列科学研究、技术创新。十多年来,她在担任主持或参与众多的研究课题情况下,一直将竹子研究,特别是“竹子重要性状的基因工程研究技术引进”作为自己最重要的研究领域。2014年,她主持了国家林业局推广示范项目——珍稀观赏竹类快速繁殖与培育技术推广示范,同杨宇明、杜凡等云南省的竹子研究专家核心团队成员一起,通过多个项目的组织实施与机制创新,联合共建了以云南大型丛生竹资源为特色的竹子研发创新平台,成功申报云南省第一批省级科技创新团队——“西南林业大学竹藤科学云南省创新团队”,成为目前云南省唯一的竹藤科学研究省级创新团队。通过该技术引进项目,不仅引进了竹子色素调控基因及其转移表达和鉴定技术,同时随着该技术的引进,自主筛选、克隆了多个竹子色素调控相关的基因和1个竹秆表皮蜡质合成主效基因,不仅首次获得了竹子花青素合成的重要功能基因,而且培养了国内在该研究领域具有引领性的研究实验团队。她们的研究团队被遴选进入云南省科技创新团队,标志着该团队在竹子研究领域继承了老一代竹类科学家的优势和成果,在竹子分子生物学微观研究领域进入了国内先进水平,在竹子色素和开花基因的克隆和功能鉴定方面处于领先水平。

    她主持了云南省科技计划重点项目——竹子花青素生物合成途径及其基因调控机理研究;云南省应用基础研究基金面上项目——竹类植物花青素结构及基因调控研究;云南省科技计划(对外科技合作)——巴西实心竹等优良种质资源及其培育技术引进研究。

    十几年来,王娟与竹藤科学创新团队的同仁共同努力,在普洱等地建立珍稀特有竹种园300亩,共引种保存西南及东南亚邻国的珍稀竹种100余种;在昆明市团结镇建立高山景观竹种园25亩,已引种高山寒温性竹类60余种,均为本研究团队及项目提供研究竹种材料;在普洱曼歇坝亚洲竹藤博览园建立七彩红竹引种培养基地50亩。

    默默耕耘,终将收获累累硕果

    成功不会绕过刻苦耕耘的人。王娟的努力也得到了回赠。

    在新西兰学成后,王娟通过植物色素合成代谢基因调控技术,从云南南部热带区域分布的大节竹属的浦竹子和滇西北高山寒温带分布的箭竹属的棉花竹的变异个体中选育观赏竹新品种,成功克隆了多个竹子花青素合成代谢主效调控的相关基因,并进行了功能鉴定。她在竹类植物中首次克隆并注册的一系列调控花青素合成的功能基因,在美国国家生物技术信息中心注册并获得注册号。同时,她应用竹子花青素基因调控技术成功筛选培育了2个红色竹秆新品种:七彩红竹和红秆箭竹,并取得云南省园艺新品种注册登记。这项研究成果标志着云南竹子研究从群落、个体的宏观水平,组织与细胞的中观水平,深入到了竹子分子生物学的微观领域,开创了我国竹类科学家应用分子辅助育种技术成功培育竹类红色秆观赏竹新品种的新篇章。

    在此基础上,王娟主持和参与完成的国家林业局“948”项目和云南省应用基础研究基金重点项目“竹子花青素生物合成途径及其基因调控机理研究”,获得了3项成果认定和专家们的高度评价。2013年1月至2017年12月,由云南省林业科学院承担并由王娟主持的“竹子重要种质资源和基因工程研究技术引进”,是国家外专局和云南省的重要国际合作项目。通过这个项目,他们从巴西引进了实心秆的巴拉圭瓜多竹、耐湿生环境的沼泽竹和稀树草原抗干旱的草本竹等南美洲特有的竹子种质资源;同时合作进行了竹子实心秆、快速生长秆和叶色素产生的分子调控等竹类植物重要性状的主效调控基因的克隆与鉴定研究。这些新的竹种资源和重要性状功能基因克隆、鉴定与高效表达调控技术的引进,将为我国竹亚科珍稀种质资源保护、优良新品种选育、种质资源创新与开发应用,提供难觅的研究对象和新的知识源泉。

 
(作者: 丁洪美 通讯员 甘立荣)        (编辑: 刘霞)    
 
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