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深圳商报丨兰科中心破解兰花进化“百年谜团”

来源:深圳商报 2018-08-10 00:06:40  星期五

原标题:千古幽贞是此花——深圳科学家破解兰花进化“百年谜团”,这一成果登上《自然》杂志


▲深圳拟兰


▲兰科中心研究团队在智能温室采集样本


兰花有28000余种,是被子植物的第二大科,是植物界种类最丰富的家族之一,可在地上、树上和石上生长,存活于地球(除两极和沙漠以外)的每一个陆地生态系统中,呈现出巨大的多样性。兰科植物花的起源、进化和多样性的形成,被称为兰花进化之谜。一百多年来,全世界无数科学家不断致力于解开这一谜团,均未取得突破性进展。深圳市兰科植物保护研究中心(以下简称“兰科中心”)的科研团队以“深圳拟兰”为突破口,成功解开了困扰人类100多年的兰花进化之谜。这一研究成果于去年9月14日登上了国际顶级学术期刊《自然》。


十年一剑 破解“达尔文的困惑”


该论文共同第一作者张国强博士表示,兰科中心于2008年开始着手准备以基因组为手段进行兰花进化之谜的研究,于2009年7月正式启动了该研究计划,至今该计划已实施了近十年,可谓是“十年磨一剑”。


2011年,兰科中心科研团队在深圳市梧桐山上发现了一种拟兰新物种,并以“深圳”市名作为它的种加词,将其命名为“深圳拟兰”。通过观察,兰科中心的科研团队发现:“深圳拟兰”具有辐射对称的花被片、无特化的唇瓣结构、雌蕊雄蕊分离、花粉散生为粒状,与小兰屿蝴蝶兰、铁皮石斛这类具有“标准”兰花形态、结构精巧复杂的“真兰花”相比,具有原始性状,最接近于达尔文推测的“假兰”。开展“深圳拟兰”基因组测序研究工作,能够使我们从分子角度解开“达尔文的困惑”。


研究团队对“深圳拟兰”进行了全基因组测序,并对已发表的小兰屿蝴蝶兰和铁皮石斛进行了重测序,取得了高质量的组装结果。研究发现,“深圳拟兰”的基因组大小为471M,有21841个编码蛋白基因,比蝴蝶兰或铁皮石斛要少7000多个。同时研究团队还对兰科5个亚科的代表性物种进行取样,获取大量转录组数据用于基因功能分析和验证。


该项研究揭示了兰科植物的进化历程,解决了百年来困扰着达尔文和科学界的疑惑,并为后续运用大数据进行评估、制定兰花保护策略提供了依据;该数据也为今后重建基因家族进化历史以及兰科相关性状进化的分子机理研究提供了一个兰科祖先的基因工具包和基因池;同时,获得了控制核心性状的关键基因,为今后的分子育种提供了关键靶标,便于进一步开发出人们需要的兰花资源和新品种。


科研助力 保护濒危兰科植物物种


兰科植物是生物多样性的重要组成部分,不仅具有重要的科研价值,还具有很重要的药用和观赏价值,是重要的种质资源。


2005年,原国家林业局将全国兰科植物种质资源保护中心落户深圳,次年由深圳市投资控股有限公司出资,深圳市兰科植物保护研究中心正式成立。兰科中心是收集和保护兰科植物品种最多的基地之一,现是全国兰科植物保育委员会、世界自然保护联盟(IUCN)兰花专家组亚洲办公室、深圳市植物学会,以及“兰科植物保护与利用国家林业与草原局重点实验室”、“博士后创新实践基地”、“广东省联合培养研究生基地”和“深圳市科普教育基地”挂牌单位。


兰科中心收集保存了兰科植物种质资源2万多份、2000余种,其中活体200多万株;建立了兰科植物专类标本馆,馆藏腊叶标本4000多份、影像照片20多万张、标本信息3万余份。


兰科中心自成立以来在兰科植物保护研究方面做了大量的工作,并且取得了比较丰硕的科研成果,在国内外产生了重要的影响。出版著作17部;在Nature、Nature Genetics等国内外学术刊物上发表论文近300篇(其中Nature2篇,Nature Genetics3篇),先后获国家有关部委、广东省和深圳市级科技奖等20余次。


为掌握我国野外兰科植物资源状况,兰科中心成立了一支专业的兰科植物野外考察队。这支“护花”队伍每年深入深山密林开展野外调查,曾到云南、贵州、四川、甘肃、青海、西藏等地考察。对于考察过程中发现的濒危兰科植物进行了迁地保护,并将人工繁育的种苗回归原产地野外,帮助其野外居群的恢复。截至目前,已经成功将杏黄兜兰、五唇兰、广东兜兰等回归野外,同时正在进行紫纹兜兰回归自然的活动;共建立了兰科3个新亚族,10个新属和80多个新种。


转化成果 引领兰科植物产业发展


深圳的科技优势在这里得到了充分体现,兰科中心培育出大规模高质量的国兰,主持制订了广东省地方标准《国兰生产技术与商品质量分级(DB/T686-2009)》,开创了中国兰花的商品化栽培方法和快繁技术,生产了大量的人工克隆苗和人工播种苗,满足市场需求,减轻了对野生兰花资源的破坏压力。同时,兰科中心开展了花色调控研究,选育了极具观赏价值的舌唇槽舌兰“百利”、吉兰“红星”、拟槽兰“新雪”等10多个兰花新品种,推动了花卉相关产业的发展。


兰科中心牵头制订林业行业标准《石斛种质鉴定技术规范(LY/T2675-2016)》,将对整个石斛行业起到规范和推动作用。同时,开展了铁皮石斛的分子育种研究,选育出优良品种——“粤丹霞”;对传统繁育方法进行改良与创新,研发出一套新的铁皮石斛组织培养、人工栽培技术以及林下仿原生态铁皮石斛种植技术。


兰科中心科研人员积极开展药用兰科植物的活性成分研究。在铁皮石斛的药用研究中筛选出了11个活性分子,对老年痴呆症果蝇具有显著的疗效;同时,还发现铁皮石斛化合物对果蝇学习记忆、对糖尿病引起的小鼠白内障也有明显的改善作用;并且研究人员还从铁皮石斛化合物中筛选出了抗肿瘤的成分。未来,兰科中心将对筛选到的有效活性成分进行进一步的研究和临床实验,对具有明确作用的活性成分进行进一步的产业研发工作,如生物医药、保健品等。


此外,据兰科中心有关负责人介绍,未来兰科中心将带领科研团队不断拓展植物资源应用研究领域,创建以科研为基础,融保护、科普和产业开发为一体的兰科植物保护与利用的综合性研究平台,启动构建从基础研究、保护开发、产业转化“三位一体”的创新载体全链条体系,为后续产业化项目落地提供产品和技术支持。


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