中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员贺飞,长期致力于应用高通量生物学数据解析生物学过程的调控机制与规律,近年来聚焦于小麦基因组的进化、结构与调控网络研究。他的研究成果在2022年5月联合国世界粮食计划署发出全球粮食危机警告的背景下,显得尤为重要。贺飞的研究不仅为保障我国“小麦安全”提供了科学依据,也为全球粮食安全贡献了中国智慧。
贺飞的研究背景源于全球粮食危机的严峻形势。据统计,全球约35%的人口以小麦为主粮,而我国更是以小麦为主要粮食作物。随着全球保护主义抬头,粮食出口限制加剧,粮食安全问题日益突出。贺飞的研究正是在这样的背景下,通过解析小麦基因组的遗传进化,为小麦育种提供了新的思路和方法。
贺飞的研究流程主要包括以下几个步骤:首先,他利用外显子捕获技术建立了数据分析新策略,通过过滤、评估、演算和质量控制等计算生物学手段,首次获得了覆盖度高达75%、精确度高达92%的高密度基因型数据。这一数据的获得,为后续的研究奠定了坚实的基础。
其次,贺飞在基因组层面阐明了外源基因组序列在小麦群体中的分布频率与规律,发现野生群体中的等位基因在驯化瓶颈之后,仍然通过基因交流的方式显著地影响小麦基因组的遗传结构。这一发现,不仅揭示了小麦基因组进化的复杂性,也为小麦育种提供了新的遗传资源。
再次,贺飞通过比较不同地区的小麦农家种中的外源片段含量,发现仅有少部分外源片段的分布频率与同域性野生种群具有明显关联。这一发现,揭示了种质资源在不同国家或文明之间的交换与混杂,为小麦适应不同气候环境提供了遗传基础。
此外,贺飞还发现基因交流在控制农艺性状的基因组位点区域提高了42%的遗传多样性,同时有害突变的含量随基因交流频率的增加而减少。这一发现,首次实现了定量描述一个野生亲缘物种对小麦农艺性状的遗传贡献,为小麦育种提供了新的理论依据。
贺飞的研究成果不仅在学术界产生了广泛影响,其开发的高密度基因型数据集在2019年nature genetics杂志上发表后,被多个重要的小麦公共数据库平台收录为参考数据集。此外,贺飞的研究数据和分析策略极大地引领和推动了小麦外源基因的系统层次研究,并奠定了小麦新品种分子设计的基因组学基础。
贺飞的研究不仅具有重要的科学价值,还具有广泛的应用价值。他的研究成果为小麦抗病育种提供了新的思路和方法,有望揭示病害基因之间以及病害基因与其他基因之间的相互作用规律,为杂交亲本的选择提供策略。
总之,贺飞的研究成果不仅为保障我国“小麦安全”提供了科学依据,也为全球粮食安全贡献了中国智慧。他的研究方法和成果,不仅具有重要的科学价值,还具有广泛的应用价值,为小麦育种提供了新的思路和方法。