8月21日，上海辰山植物園、中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所、泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和德國馬普研究所的科學(xué)家在《自然·植物》（Nature Plants）聯(lián)合發(fā)表論文，首次確定了紅薯“祖先”被轉(zhuǎn)基因的時間，發(fā)現(xiàn)紅薯的祖先種大約在一百萬年前，就被天然地轉(zhuǎn)基因了。而其被轉(zhuǎn)入的基因一直留存至今。
中國人食用了四百多年的紅薯，其基因組就含有這些被轉(zhuǎn)入的基因。
但這些基因在紅薯中有什么功能，對紅薯造成了什么影響，目前仍然是未解之謎。
該論文的第一作者、上海辰山植物園楊俊博士告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），在掌握紅薯全基因組測序結(jié)果的基礎(chǔ)上，接下來，研究人員將嘗試“刪除”紅薯中的被轉(zhuǎn)入的基因，并綜合其他實驗手段，以解開其功能謎題。
楊俊表示，在全球范圍內(nèi)，人類食用紅薯的歷史已經(jīng)近一萬年之久。這一事實表明，雖然紅薯是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物，但其安全性沒有問題。
被天然轉(zhuǎn)入的基因表達(dá)量很低，影響未知
在植物分類學(xué)上，紅薯是旋花科番茄屬植物。兩年前，比利時根特大學(xué)的科學(xué)家在國際學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表論文稱，在紅薯（甘薯）的基因組中，發(fā)現(xiàn)了農(nóng)桿菌的T-DNA。這震驚了很多人。因為農(nóng)桿菌正是目前植物轉(zhuǎn)基因的最常用工具之一。人們在T-DNA的中間放上自己想轉(zhuǎn)入植物的基因，讓T-DNA幫忙帶進(jìn)去。
紅薯中存在T-DNA，這意味著，紅薯是一種天然的轉(zhuǎn)基因食品或者農(nóng)作物。
論文甫一發(fā)表，媒體紛紛報道。罪魁禍?zhǔn)桩?dāng)然是土壤中的農(nóng)桿菌，但這些T-DNA是什么時候轉(zhuǎn)進(jìn)去的呢？另外，紅薯是如何起源的呢？它的基因組又經(jīng)歷了怎樣的演化過程？科學(xué)共同體不禁發(fā)問。
中國科學(xué)家建立的世界首個甘薯基因組數(shù)據(jù)庫，開放使用，發(fā)布了全球首個栽培紅薯全基因組測序結(jié)果。
8月21日，上海辰山植物園、中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所、泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和德國馬普研究所的科學(xué)家聯(lián)合發(fā)表在《自然·植物》（Nature Plants）發(fā)表論文，揭開了謎底。
楊俊是該論文第一作者，中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所的研究員張鵬是該論文的通訊作者之一。
根據(jù)全球首個栽培紅薯的全基因組測序結(jié)果，研究人員分析發(fā)現(xiàn)，紅薯的染色體或基因組來自其二倍體祖先種和四倍體祖先種。大約50萬年前，兩個祖先種發(fā)生種間雜交，孕育出了現(xiàn)代栽培紅薯。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，T-DNA大約在一百萬年前，就出現(xiàn)在紅薯祖先種的基因組中。那時，人類尚未走出非洲，分布到世界各地。所以，“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;肯定不是人類。
但隱居在土壤中的農(nóng)桿菌，為什么要給紅薯轉(zhuǎn)基因，而且，這些基因?qū)t薯產(chǎn)生了什么影響？目前還是未解之謎。
楊俊告訴澎湃新聞，一般而言，農(nóng)桿菌侵染植物是為了從植物中獲得營養(yǎng)。但農(nóng)桿菌給紅薯留下的基因產(chǎn)生了什么影響，目前尚不得而知。
此前，人們發(fā)現(xiàn)，二倍體紅薯的根部很纖細(xì)，而六倍體紅薯的根部因儲藏淀粉而明顯膨大。人們認(rèn)為這一過程可能跟T-DNA的轉(zhuǎn)入有關(guān)。
從基因序列看，T-DNA給紅薯帶來的基因是細(xì)胞分裂素基因。但在紅薯中，該細(xì)胞分裂素基因的表達(dá)量很低。
此外，測序數(shù)據(jù)顯示，并非紅薯的六套基因組都含有T-DNA。
中國產(chǎn)出了全球80％以上的紅薯
楊俊表示，受測序技術(shù)的制約，目前基因組測序都是將DNA破碎成小的片段，對每個片段測序，然后拼接成整個基因組序列。但栽培紅薯是六倍體，也就是說，紅薯有六套相似的基因組，每套有15條染色體，一共90條染色體。六份相似的基因組或染色體，那么測序后，DNA片段如何被“還原”（Mapping）到其原來所在的染色體上，拼接出破碎前的完整基因組？
多倍體基因組增加了測序后拼接的難度，一直是研究的難點和痛點之一。比如普通小麥，它也是六倍體，但它來自3個二倍體祖先種，經(jīng)過兩次種間雜交形成。拼接問題更加復(fù)雜，截至目前，人們尚未完成對普通小麥的全基因組測序工作。
但在對紅薯的研究中，楊俊等人自主開發(fā)了一套全新的多倍體單倍化分析軟件，成功地繪制了紅薯基因組的精細(xì)圖。楊俊表示，這一分析方法也適用于小麥等多倍體復(fù)雜基因組的分析。
該論文中測序的是新育成品種“泰中6號”，由中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所聯(lián)合泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院共同培育。
通訊作者張鵬告訴澎湃新聞，南美洲是一個令人驚訝的農(nóng)作物品種演化中心。紅薯、木薯、馬鈴薯、花生、番茄都起源于南美。南美洲的氣候多樣性造就了生物物種的復(fù)雜性，可能促進(jìn)了很多植物的演化歷程，讓它們形成儲藏根，或者形成果實，出現(xiàn)了很多人類感興趣的性狀。
“泰中6號”是全球首個被測序的紅薯品種，由張鵬參與選育。由于紅薯是六倍體，基因組有相似的六套，測序非常困難。
張鵬表示，紅薯在中國是除了水稻、小麥、玉米之外的第四大糧食作物，但紅薯育種幾乎是在“做公益”，因為紅薯是無性繁殖，它沒有雌雄株之分，一段藤蔓就可以長出整個植株。
中國以世界總種植面積50%的土地生產(chǎn)了全球80％以上的紅薯，產(chǎn)量近億噸。通過對紅薯，乃至整個旋花科植物基因組的研究，張鵬和楊俊希望選育出更多的農(nóng)作物品種。
