突破抗癌紫杉醇生物合成難題、發(fā)現(xiàn)水稻耐鹽新基因、探明昆蟲嗅覺密碼找到病蟲害防治方法……這些國際領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力成果，是2024年基因組所（大鵬灣實驗室）的科學(xué)家團隊取得的亮眼成效。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（以下簡稱「基因組所」）位於深圳市大鵬新區(qū)，成立於2014年，是中國農(nóng)科院在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域最重要的布局之一。2024年9月20日，基因組所發(fā)布了嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心簡稱——大鵬灣實驗室。
2024年，基因組所（大鵬灣實驗室）發(fā)表論文541篇，同比增長41.6%，在《細胞》《自然》《科學(xué)》等國際頂級學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文6篇，獲得授權(quán)專利41項、軟著34項、植物新品種權(quán)5項、省級審定新品種2項。
打通抗癌藥物紫杉醇生物合成途徑
在自然界中，紫杉醇因其藥效顯著和用途廣泛，被譽為「明星抗癌藥」。然而，天然紫杉醇來源稀缺且單一，僅能從珍稀瀕危裸子植物紅豆杉中提取，但紅豆杉極為稀少，且生長速度緩慢，素有「植物大熊貓」之稱。
2024年1月26日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表了基因組所（大鵬灣實驗室）閆建斌研究員與北京大學(xué)雷曉光教授等合作完成的最新研究成果：「Characterization and heterologous reconstitution of Taxus biosynthetic enzymes leading to baccatin III（巴卡亭III生物合成酶的鑑定與異源重構(gòu)）」，研究發(fā)現(xiàn)了紫杉醇生物合成途徑中的兩個缺失的關(guān)鍵酶「T9αH」「TOT」，闡明了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)分子—紫杉烷氧雜環(huán)丁烷的形成機制，打通了紫杉醇生物合成途徑。
該研究成果標誌著我國在紫杉醇合成生物學(xué)理論和技術(shù)上站在了世界領(lǐng)先地位。
破譯昆蟲「嗅覺密碼」催生綠色防控新技術(shù)
在生物學(xué)家眼中，昆蟲是如何感知氣味的？又是如何做出行為反應(yīng)的？成了研究昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)的重要課題。
2024年6月14日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表了基因組所（大鵬灣實驗室）王桂榮團隊與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)殷平教授團隊、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所等單位合作完成的最新研究成果：「Structural basis for odorant recognition of the insect odorant receptor OR-Orco heterocomplex（昆蟲氣味受體 OR-Orco 異聚體識彆氣味分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)）」，研究解析了豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）報警信息素受體ApOR5-Orco異源四聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了氣味配體誘導(dǎo)的氣味受體離子通道門控機制，從而為針對氣味受體的新型昆蟲綠色行為調(diào)控劑的研發(fā)奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
解碼全球百年麥種多樣性 助力小麥精準設(shè)計育種
普通小麥是基因組大小約為15Gb的異源六倍體，其基因組和遺傳育種研究極其複雜，被譽為作物界的「珠穆朗瑪峰」。
2024年6月17日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然（Nature）》在線發(fā)表了基因組所（大鵬灣實驗室）程時鋒團隊聯(lián)合英國約翰·英納斯中心(John Innes Centre)等國內(nèi)外多家優(yōu)勢單位完成的最新研究成果，題為「Harnessing Landrace Diversity Empowers Wheat Breeding（利用地方品種多樣性助力現(xiàn)代小麥育種）」該研究引進了英國約翰·英納斯中心保藏的百年前收集的來自世界三十多個國家的全套小麥種質(zhì)資源（827份A.E. Watkins小麥地方品種，下稱沃氏小麥）和220份全球現(xiàn)代品種），開展了小麥群體全基因組變異圖譜構(gòu)建、大規(guī)模的表型鑑定、遺傳作圖群體構(gòu)建，以及挖掘了控制137個性狀背後的候選基因、單倍型和相關(guān)變異等系列工作。
發(fā)現(xiàn)番茄「糖剎車」基因
2024年11月14日，基因組所（大鵬灣實驗室）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所聯(lián)合在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然（Nature）》上發(fā)表了題為「Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty」的研究論文。該研究通過全基因組關(guān)聯(lián)分析鑑定到一個抑制果實糖積累的剎車基因CDPK27及其同源基因CDPK26，通過基因編輯兩個基因，可使番茄果實糖含量增加高達30%，且不影響單果重和單株產(chǎn)量。
該研究成果闡明了果實糖積累的調(diào)控機制，為解決番茄育種中兼顧品質(zhì)和產(chǎn)量的難題提供了新思路。
破譯昆蟲保濕排毒機制
在漫長的農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中，農(nóng)作物病蟲害始終是懸在頭頂?shù)倪_摩克利斯之劍，對糧食安全構(gòu)成嚴重威脅。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織估算，全世界每年因農(nóng)作物病蟲害造成的產(chǎn)量損失高達40%，經(jīng)濟損失超過2200億美元?！赶x口奪糧」成為擺在人們面前的一道難題。
2024年12月24日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細胞（Cell）》在線發(fā)表了基因組所（大鵬灣實驗室）楊青教授團隊的最新研究成果，研究揭示了ABCH轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運脂質(zhì)和外排農(nóng)藥的分子機制，並獲得了能夠抑制轉(zhuǎn)運功能的小分子抑制劑。
在小鼠體內(nèi)生成大鼠前腦組織
2024年4月25日，《細胞（Cell）》在線發(fā)表了基因組所（大鵬灣實驗室）、中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）等多家單位聯(lián)合完成的研究成果。利用幹細胞生成功能性的器官或組織一直是幹細胞研究的熱點。異種囊胚互補技術(shù)使得在一物種內(nèi)培育出另一種物種的器官或組織成為可能。
該技術(shù)通過將多能幹細胞注入到缺失關(guān)鍵發(fā)育基因的宿主囊胚中，由供體細胞補償宿主缺失的器官或組織，從而培育出源自另一物種的器官。該研究首次成功在小鼠體內(nèi)生成了功能性的大鼠前腦組織，將有助於科研人員從進化的角度研究大腦的發(fā)育與功能。（記者 羅國淮）
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