优良推广品种的利用价值取决于其携带的优异基因。基因组差异研究可提供这些优异基因最基本的遗传信息，从而提高品种选育效率。

　　自2012年起，贵州烟草科学研究院（以下简称“贵州烟科院”）联合行业内外多个单位，用两年多时间开展了烟草主要品种和核心种质资源基因组差异研究工作，取得了显著进展。

　　5月22日，该项目正式结题。对于这个项目的意义，科研人员将其总结为“承前启后”。

　　开展这个项目，主要是通过对重要栽培品种和野生种进行基因组重测序，发掘影响烟草遗传多样性的基因组结构变异，从而夯实下一步烟草分子育种工作的基础。

　　“就是要找到基因组结构的哪些变异是影响育种性状的，特色品种到底有哪些特殊的结构变异、内含哪些基因。前面烟草全基因组序列图谱已经完成，本项目获得的数据与资料，可以为下一步利用基因组育种提供重要参考。”项目负责人、贵州烟科院副院长任学良说。

　　项目推进过程中，项目组开展了栽培烟草品种基因组重测序及分析、烟草单交育种模式的基因组遗传变异分析、烟草叶绿体与线粒体基因组组装与分析、烟草野生种转录组测序与分析等研究工作。

　　在重测序对象选择上，项目组选取了1910年以来，中国与美国育成的42个重要推广品种与骨干资源，这些品种具备清晰的“家谱”。品种的丰富性为研究结果的权威性奠定了基础。

　　通过重测序，项目组依照系谱关系追溯了基因组的变异特征。在此基础上，他们绘制了全球烟属物种第一张含标签位点及物理长度的单倍体型草图。这是继栽培烟草序列图和物理图之后，中国烟草在结构基因组研究方面的又一重大突破，为烟草全基因组分子标记辅助育种、高密度遗传图谱构建、基因定位和基因芯片开发等奠定了坚实的基础。

　　“以高密度遗传图谱构建为例，以前的遗传图谱只有3000多个标记，通过单倍体型草图，我们可以绘制出包含超过10万个标记的遗传图谱。这些标记好比高速公路上的里程牌，过去的图谱就像每隔一公里放置一个路标，如今可以达到每隔1米就放一个，这样基因的方位就更好确定了。”任学良说。

　　研究过程中，项目组还发现了高度影响栽培烟草遗传多样性的基因组片段。栽培烟草基因组遗传多样性存在“总体低、局部高”的显著特征，有879个高变异区段，约占烟草基因组的4%，却能解释66%的群体遗传多样性。“也就是说，这879个片段是育种选择的重要区域，值得重点探究。”任学良解释道。

　　尽管项目已经结题，并取得了诸多成果，但在项目组成员心中，这项工作并没有结束。

　　“数据的挖掘工作还在继续，很多研究结果还需要进一步验证。两年时间看起来比较长，但对于基因组研究来说，它很短暂。”项目组成员余世洲说。

　　科研工作是枯燥的。余世洲告诉记者，基因组重测序产生的数据量极为庞大，有时候一个品种的基因组数据就需要大型计算机高速运行一个月才能得到。

　　“很多时候做了大量研究，到头来却发现跟设想的不一样，比如某些基因变异并没有那么明显。这种时候我们只能安慰自己，至少已经证明设想不对，这也是一种成果。”项目组成员张吉顺说。

　　虽然遇到了不少困难，但这支研究队伍却迅速成长起来。为了准确开展研究，他们带着问题去学习，阅读外文资料、学习各种软件的应用和各种计算方法的运用等。

　　贵州烟科院也为这支队伍提供了成长平台与研究环境。为保证项目开展，烟科院为项目组开辟了“专房专机专网”，一方面按照行业要求，增强了数据管理和分析的安全性；另一方面也提升了项目组的设备水平，提高了工作效率。

　　在各方面的支持下，高通量DNA测序仪和高性能计算机系统投入使用，项目组建立了基因组测序平台，优化了烟草基因组测序流程，建立了烟草基因组重测序、转录组测序和甲基化测序的分析体系。

　　“我们的项目是烟草基因组计划的一部分，项目实施的最大成果是培养了一支高水平的研究队伍，积累了大量重要基础数据，验收专家认为该项目‘获得了有价值的原创性结果’，为烟草分子育种奠定了基础。烟草基因组研究，需要我们不断学习，戮力前行。”任学良说。

　　盛夏7月，中国烟草总公司青州烟草研究所（以下简称“青州所”）诸城试验基地里，烟叶正处于旺长期。

　　“我左手边栽种的是抗烟草花叶病毒（TMV）的品系，右边这片是高香气的品系。”一位戴斗笠、皮肤黝黑的“老农”站在田垄上向记者介绍这些烟株的“与众不同”。

　　“老农”叫吴新儒，是青州所生物技术研究室的博士。“它们是科研人员从26万多份烟草突变体材料中‘淘’出来的，是一些‘美丽的偶然’。”他告诉记者。

　　烟草突变体，就是人为使烟草基因发生突变得到的材料。自2008年起，青州所就开始进行相关方面的探索。随着2010年烟草基因组计划重大专项正式启动，青州所牵头、行业内外13家单位共同参与的“烟草突变体创制、筛选和分析”项目也同步启动。

　　为什么要研究突变体呢？“烟草有7万多个基因，要搞清楚每个基因的功能，寻找相应基因的突变体进行对照，是最有效的方法之一。”项目负责人、青州所生物技术研究室研究员刘贯山告诉记者，这项研究对于烟草品种改良意义重大。

　　自然条件下，烟草发生基因突变的几率极低。研究突变体，首先就要大规模创制突变体。

　　人为使烟草发生基因突变的方法有很多，项目组采用了以EMS（甲基磺酸乙酯）化学诱变为主的方式。

　　“EMS就像一位魔术师，经它‘点化’，烟草基因会发生各种可能的突变。”刘贯山介绍说，诱变的原理是EMS会随机促使烟草基因中的某个碱基发生改变，用适宜剂量EMS浸泡烟草种子，就能得到出现各种性状的突变体。

　　根据计划，2011年，项目组开展了大规模的突变体创制工作。为了保证7万多个基因都有突变体，他们累计种植面积400多亩，种植植株38万多株，最终收获突变体材料20多万份，基本覆盖了烟草基因组在人工诱变条件下可能的突变位点。

　　2012年5月，他们建成了世界上最大规模的烟草突变体库，为烟草基因功能全面解析和优质品种培育奠定了坚实的材料基础。

　　走进青州所生物技术研究室四楼烟草突变体低温储存库，就仿佛进入了一个“种子王国”。在这个近50平方米的房间里，18台冰箱次序而立，温度均保持在零下15度左右。每台冰箱里面，都保存有1.2万～1.3万份烟草突变体种子。

　　除了实物库，项目组还建立了烟草突变体数据库----“中国烟草突变体资源生物信息库和利用平台”，目前已录入烟草突变体信息23万余条。平台具有数据统计、数据检索等功能，为行业基因功能和分子育种研究提供了便利。

　　随着研究的推进，2012年，项目更名为“烟草突变体筛选与鉴定”，研究重心也转为已有突变体材料的筛选与鉴定。

　　突变体创制完成，基本素材有了，但这些突变体究竟是怎样突变的，有什么作用？这就需要进一步筛选研究。可是，从20余万份材料中筛选出具有某种性状的突变体，难度无异于大海捞针。

　　要“淘”到“真金”，就必须建立高效的方法。“到目前为止，我们已经建立了17种筛选方法，包括2个突变序列筛选、7个抗病虫突变体筛选、2个抗逆突变体筛选、5个品质相关突变体筛选、1个长相优异突变体筛选。”刘贯山告诉记者。

　　比如抗TMV突变体筛选，要用TMV病毒接种，看植株是否发病；高香气突变体筛选，先田间嗅闻，成熟采烤后再评吸鉴定；低害突变体筛选，要在低钾环境中筛选耐低钾突变体……

　　当然，筛选只是第一步，要确定突变体是否确实具有某个突变性状，还需要多层面的鉴定。“最终要落实到基因层面，找出是什么基因突变导致的这种性状。”刘贯山说。

　　在青州所生物技术研究室三楼的“烟草行业烟草基因资源利用重点实验室”里，刘贯山指着一组仪器，简单给记者介绍了定位基因的方法：先用PCR（聚合酶链式反应）仪扩增DNA片段，然后用电泳分离，将结果与全基因组序列进行比较，就能将控制某个性状的基因定位到一个位置。

　　通过这种方式，目前，项目组已将控制烟草白茎性状的两个隐性基因定位在第5和第24连锁群的特定区间内，将抗TMV的一个显性基因定位到第11号连锁群上。

　　去年以来，在已建立的突变体库和鉴定出的优良突变体基础上，项目组将研究重点转向现有品种的定向改良，开展了针对中烟100品种的抗TMV、高香气性状以及针对翠碧一号品种的抗青枯病性状的定向改良，获得了5个抗TMV、高香气，且综合性状优异的突变体新品系，并进行了小区品系试验。

　　摇曳在诸城试验基地里的“超级烟叶”，在不久的将来，也将播撒向更广阔的烟区。

　　（文章来源：2014年7月23日《东方烟草报》：《探秘烟草基因组·功能基因组学研究》）