Dieser Wissenschaftler, der im Labor präzise molekulare Züchtung betreibt, hat die weltweit erste vollständige Genomkarte der Senfknolle erstellt

Reporter Weng Danni Fotograf Jin Jingxin

In dieser Ausgabe werden die folgenden Ergebnisse veröffentlicht:

Analyse genomischer Informationen und genetischer Grundlagen wichtiger Merkmale bei Kreuzblütlern

Herausgeber dieser Ausgabe:

Zhang Mingfang, Qiushi Distinguished Professor der Zhejiang-Universität

Leistungsauszeichnungsstufe:

Erster Preis des Zhejiang Natural Science Award

Mein Land ist der weltweit größte Produzent und Verbraucher von Gemüse. Von „Hirtentäschelblumen, die im Frühling an der Quelle des Baches blühen“ bis hin zu „Gurken, die unter Kuhfell und uralten Weiden verkauft werden“ hat sich unsere Beziehung zu Gemüse im Laufe der Zeit und auf dem chinesischen Esstisch weiterentwickelt.

Von der traditionellen, auf Erfahrung basierenden Selektionszüchtung zur Züchtung von Hybridpflanzen, die wir heute kennen, befindet sich die Gemüsezüchtung meines Landes derzeit in der Übergangsphase zum 3.0-Zeitalter der Molekularzüchtung und wird sich auch in Zukunft weiter in Richtung des 4.0-Zeitalters der intelligenten Designzüchtung bewegen.

Manche Leute sagen, dass ein Samenkorn die Welt verändern kann und dass die Gene, die die Qualität des Samens bestimmen, entscheidend sind. Man kann sagen, dass Saatgut die „Chips“ der Landwirtschaft und Gene die „Chips“ der Saatgutindustrie sind. Zhang Mingfang, ein angesehener Professor an der Zhejiang-Universität, ist ein Experte darin, genomische Informationen zu nutzen, um Samen zu „verändern“.

Professor Zhang Mingfang beschäftigt sich seit 30 Jahren mit der genetischen Züchtung von Gemüse. Er und sein Team haben eine Reihe origineller Ergebnisse in den Bereichen Genominformationsanalyse, funktionelle Genanalyse und hervorragende Keimplasmaerzeugung wichtiger Gemüsesorten der Familie Cruciferae und Cucurbitaceae erzielt, die den Prozess der molekularen Gemüsezüchtung in meinem Land wirksam gefördert haben.

Bei der Wissenschafts- und Technologiepreiskonferenz der Provinz Zhejiang wurde die Leistung des Teams von Professor Zhang Mingfang – „Analyse von Genominformationen über Kreuzblütlergemüse und genetische Grundlagen wichtiger Merkmale“ – mit dem ersten Preis in Naturwissenschaften im Bereich Gemüseanbau in der Provinz Zhejiang ausgezeichnet.

Er zeichnete die weltweit erste vollständige Genomkarte der Senfknolle

Das Verständnis des "Stammbaums" der Senfknolle wurde bereichert und vertieft

Der Begriff „Gen-Editierung“ tauchte früher eher im biomedizinischen Bereich auf. Professor Zhang Mingfang sagte uns, dass man die Genom-Editierung als die 5G-Technologie im Agrarbereich bezeichnen könne, doch derzeit seien neue Technologien wie die Genom-Editierung in meinem Land nicht weit verbreitet. Beim Gemüse werden nur an einigen wenigen Kulturpflanzen Untersuchungen durchgeführt.

Das Team von Professor Zhang Mingfang führte hauptsächlich relevante Forschungen zur Keimplasma-Innovation und zur molekularen Züchtung im Zusammenhang mit zwei Gemüsepflanzen mit hohem wirtschaftlichen Wert in unserer Provinz (unserem Land) durch: Kreuzblütlersenf und Kürbismelonen.

Sie kennen Senfblätter vielleicht nicht, aber Zhacai kennen Sie sehr gut. Tatsächlich werden Senfblätter nach dem Einlegen zu den verschiedenen eingelegten Gemüsesorten, die wir kennen, wie zum Beispiel Zhacai, eingelegte Pflaumen in den Regionen Jiangsu und Zhejiang und das scharfe Gemüse Lao Gan Ma in Guizhou. Zu unseren „alten Freunden“ zählen auch Kürbisgewächse wie Wassermelone, Melone und Kürbis, die alle zu den Kürbisgewächsen gehören.

Dem Team von Professor Zhang Mingfang gelang es als erstem weltweit, das hochwertige Genom der allotetraploiden Senfknolle zu entschlüsseln und damit eine genomische Grundlage für die funktionelle Genomforschung an Senfknollenpflanzen zu legen.

Wie züchtet man eine aromatischere Senfknolle? Zhang Mingfang erklärte allen, dass das Geheimnis des einzigartigen Senfgeschmacks darin liege, dass Senf reich an Glucosinolaten sei und dass unterschiedliche Bestandteile der Glucosinolate die Entstehung unterschiedlicher Geschmacksqualitäten bestimmen. Daher bewertete das Team um Zhang Mingfang systematisch die Glucosinolatkomponenten und -gehalte in der Senfpopulation und verwendete eine neue Methode zur Assoziationsanalyse des gesamten Genoms, um die genetischen Loci zu finden, die Glucosinolate steuern.

Neben eingelegten Senfknollen ist auch die Wassermelone, die im Sommer bei vielen Menschen am beliebtesten ist, das Ergebnis des Beitrags von Zhang Mingfangs Team. Wir alle wissen, dass Obstbauern vor allem Angst vor Wassermelonen haben, die Risse bekommen. Wie können wir Wassermelonen von guter Qualität züchten, die nicht zum Platzen neigen? Dies ist ein schwieriges Problem. Da es sich bei der Eigenschaft, dass eine Melone knackt, um eine typische komplexe Eigenschaft handelt, lässt sie sich nicht so einfach beurteilen, wie wir denken, indem wir mit der Handfläche darauf drücken. Zur Quantifizierung sind präzise digitale Indikatoren erforderlich, um die Gene, die das Aufplatzen der Melone steuern, genau zu finden.

Durch die Konstruktion genetisch isolierter Populationen rissresistenter und rissanfälliger Wassermelonen fand Zhang Mingfangs Team heraus, dass das Gen, das die Härte der Wassermelonenschale steuert, auf Chromosom 10 liegt. Zhang Mingfang verwendete die „Blutgruppe“ als Analogie. Wenn die Wassermelone, die rissbeständig ist, vom Typ „Typ A“ ist, dann ist die, die nicht rissbeständig ist, vom Typ „Typ B“ und die, die beides aufweist, ist vom Typ „Typ AB“. Jetzt können wir die „Blutgruppe“ testen, um Wassermelonensorten zu züchten, die knackig, süß und nicht zum Platzen neigen.

【Wissenschaftlicher Artikel】

Genom-Editierung × Gemüsezüchtung

„Früher hieß es, dass es bei der Züchtung um die Entdeckung und Nutzung von Mutationen geht. Bei der Genomeditierung geht es darum, Mutationen gezielt zu erzeugen und zu nutzen. Mit der Genomeditierung lassen sich Mutationen präzise und schnell durchführen, und sie ist nicht durch Keimplasma-Ressourcen begrenzt. Obwohl in unserem Land noch keine Gesetze zur Genomeditierung erlassen wurden, wird diese Züchtungstechnologie einer der Zukunftstrends sein, und wir müssen bei den frühen technischen Vorbereitungen gute Arbeit leisten.“

Fruchtbarkeitsschaltergene

Wir haben die erste zytoplasmatisch männlich sterile Linie in Senf entwickelt und damit den technischen Engpass der Hybridvitalität in Senf überwunden. Auf dieser Grundlage haben wir die erste Fertilitätsreversionsmutationslinie in Kreuzblütlern geschaffen und die Fruchtbarkeit von Kreuzblütlern erfolgreich künstlich umgewandelt. Mit anderen Worten: Wir verfügen über die Technologie, Sterilität in Fruchtbarkeit umzuwandeln, sodass unsere Keimplasma-Ressourcen nicht durch ausländische sterile Materialien eingeschränkt werden und das Monopol ausländischer Technologien gebrochen wird.

Molekulare Designzüchtung

„In den letzten Jahren hat der Aufstieg der Omics-Technologie, repräsentiert durch Pflanzengenome, die Entwicklung der molekularen Züchtung hin zur Präzisionszüchtung stark vorangetrieben. Beispielsweise entwickelt unser Labor ein auf Genomik basierendes Hochdurchsatz-Präzisionszüchtungssystem für Gemüse, das von der Genominformationsanalyse bis hin zum züchterisch nutzbaren Gen-Mining reicht und schließlich die Selektion und Züchtung hochwertiger, hochresistenter und breit anpassungsfähiger neuer Sorten ermöglicht.“

Intelligente Designzüchtung

Wir werden uns auf mehrstufige Biotechnologie und Informationstechnologie verlassen, um die Entwicklung der molekularen Designzüchtung in Richtung Intelligenz voranzutreiben und eine disruptive Transformation der Pflanzenzüchtung von „wissenschaftlich“ zu „intelligent“ zu erreichen.