2024-03-06
农业资源是保障粮食和重要农产品稳定安全供给的战略性资源。2021年，农业农村部启动新中国成立以来规模最大、覆盖范围最广的全国农业资源普查，经过3年努力，我国农业资源家底全面摸清。普查新收集的农业资源将全部收入国家农业资源库，开展精准鉴定，挖掘一批高产优质、抗逆抗病等优异资源。同时生物育种作为现代农业的“芯片”，对解决我国种业领域“卡脖子”技术问题，促进粮食增产稳产具有重要意义，也是保障国家粮食安全的战略性、基础性核心产业。多组学联合分析通过基因组、转录组、代谢组、微生物组等多维度为遗传机制研究及种质创制提供研究基础和证据。
图1：农作物种质资源示意图
01、多组学在作物资源普查中的应用
（1）遗传多样性保护与利用：全球农作物种质资源中蕴含着丰富的遗传多样性，这对于应对气候变化、病虫害威胁以及满足人类对粮食安全与品质多样性的需求至关重要。多组学研究可以全面揭示这些遗传变异及其功能，促进优异基因资源的有效挖掘和利用。
（2）育种改良需求：传统的作物育种方法在提高产量、抗逆性、营养价值等方面面临瓶颈。而通过多组学手段可以从分子层面深入解析优良性状形成的机制，指导设计精准高效的育种策略，加速新品种培育进程。
（3）现代农业发展趋势：随着生物技术和信息技术的发展，农业已进入“智慧农业”时代，强调精准化、智能化管理。多组学技术能够提供大量的生物学数据信息，为实现农作物个性化、精准化的栽培管理提供科学支撑。
（4）生态与环境适应性研究：在全球气候变暖和生态环境变化的大背景下，需要评估和筛选出能在不同环境下稳定生长且具有较强适应能力的农作物资源。多组学技术可从多层次、多角度、多水平理解植物如何响应环境变化，从而找到具有优异适应性的种质资源。
综上所述，多组学技术为农作物种质资源普查提供了全新的研究视角和强大工具，有助于推动农作物遗传资源的高效保护、评价及创新利用。
图2：农作物种质资源关键词云图
表1：作物种质资源相关国自然部分中标项目
以下是合作客户在该领域发表的部分文章：
表2：作物种质资源相关的部分项目文章
案例一
文章标题：Maize VKS1 Regulates Mitosis and Cytokinesis during Early Endosperm Development
期刊：The Plant Cell
研究背景：胚乳早期发育是籽粒发育的一个重要阶段，伴随着快速而活跃的细胞分裂过程，短时间内形成大量的胚乳细胞，是决定玉米籽粒大小和产量的关键因素。玉米籽粒发育从双受精到成熟脱水大约需要7周，但胚乳完成细胞分裂和分化只需要8天左右，之后大部分胚乳细胞不再分裂，胚乳细胞的数目在发育早期就决定了，中后期胚乳细胞只是储存物质合成和增大并进行程序性死亡。驱动蛋白（Kinesin）能利用ATP水解所释放的能量驱动自身及所携带的货物分子沿微管运动，在调控微管的能动性、胞内运输、有丝分裂以及染色体运动等方面发挥着重要功能。胚乳发育早期的快速有丝分裂产生了构成淀粉质胚乳的大部分细胞；然而，早期胚乳发育的机制在很大程度上仍然未知。
研究方法：BSA定位；图位克隆；RNA原位杂交；亚细胞定位；免疫荧光分析
分析技术路线及结果展示
研究结论：该研究阐明了马达驱动蛋白在胚乳发育过程中的作用，揭示了胚乳早期发育与有丝分裂这样一个基础的细胞生物学过程的重要关系，为胚乳早期细胞数目决定最终籽粒大小提供了直接有力的证据，为将来遗传改良提高产量等提供了候选基因和分子机制。
案例二
文章标题：Polymer amendment regulates cadmium migration in cadmium contaminated cotton field: Insights from genetic adaptation and phenotypic plasticity
期刊：Science of the Total Environment
研究背景：镉(Cd)是一种具有高溶解度和流动性的非必需元素，广泛存在于土壤-植物系统中。它可以对许多生物体造成伤害。作物大量积累Cd会导致细胞色素分解，气孔关闭，光合效率降低等。目前，外源性化学物质的应用是土壤重金属污染修复比较常用的方法。它不仅可以提高作物的表型可塑性，还可以通过调节遗传适应(转录-代谢平衡)来缓解胁迫。棉花是世界重要的纤维作物，它能吸收土壤中的重金属，对Cd有很强的耐受性。然而目前很少有研究从表型可塑性和遗传适应性两个方面系统揭示土壤中不同组分Cd对作物各器官Cd积累的影响。
研究方法：RNA-Seq；LC-MS代谢组学；
分析技术路线及结果展示
研究结论：聚合物改良剂的应用可以降低Cd污染土壤中可交换性Cd的浓度，人工调节Cd在棉花器官中的运输和积累，改变脂质代谢途径相关的代谢产物如硬脂酸、茉莉酸和α-亚麻酸。细胞壁通过转录因子FATB 和fabG来调节细胞内外渗透压，恢复细胞结构，提高在棉花根系的Cd浓度，减少传输到棉铃，并改善叶片的氧化应激耐受性。本研究加深对聚合物改良剂修复棉田镉污染的分子机制的认识，为滴灌条件下农田土壤重金属污染的修复和农业安全提供指导。
派森诺生物在作物种质资源研究领域的优势
（1）经验丰富、专业度高、质量稳定：派森诺2011年成立，至今已有13年项目经验积累。作物种质资源研究经验多样、样本处理与分析方法储备丰富。
（2）多组学全平台自产，极速周期强势加持：派森诺作为一站式组学技术服务与解决方案提供商，是目前国内少数提供全平台测序服务的企业之一，产品极速周期的强势加持下助力种质资源领域的多组学研究。
（3）拥有自主研发的生信分析云平台：派森诺打造“一站式”交互分析和可视化平台，从多组学数据挖掘与育种利用层面高效发掘种质资源。
（4）个性化数据分析多样：基于核心SNP、全基因组选择数据、核心种质等一系列数据分析助力遗传机制研究及种质创制。
