“基因导航图”,让基因给“唤醒”

在北京雁栖湖应用数学研究院,邬荣领教授带着他的团队搞出了一件大事,给搞生物育种的科研人员们出了一份力。在生命科学这一块,想搞清楚基因怎么决定生物体那些复杂性状,一直都是个让人头疼的大难题。以前育种得靠长期观察和反复杂交,特别是对那种生长周期长的树来说,出一个新品种动不动就得等几十年,好几代人接着干。现在这局面眼看就要变了,全靠数学的力量在里面使劲。最近邬教授团队跟国外专家合作,搞出了一个叫“个性化全基因组互作组网络模型”(idopNetworks)的新玩意儿,这算是直接用数学把基因对应的性状变化给算出来了。 邬教授把这个过程比喻成拆一座大楼,不光得知道有什么“砖”(基因),还得弄清楚它们怎么连在一起变成整座楼(性状)。团队的核心就是把邬教授以前提出的“功能作图”方法跟一种动态网络模型结合在一起。这套模型能抓住基因互相作用时产生的那种“涌现”效应,也就是多个基因凑在一起产生的调控效果比单个加起来强。有了它就能精准定位那些控制产量、抗病等性状的关键基因和它们的关系网。 研究拿梅树做了个实验验证。快长型和慢长型的梅树一对比就发现了规律:快长树里促进生长的网络很强势;慢长树里关键基因被别的网络压制住了。模型还预测说,用现代生物技术去干预这些压制基因,就能把那些被压住的好基因潜能给“唤醒”,让慢长树长得快。 这个发现的意义可不小,不光是树种,连人的疾病研究都能用。它相当于给每个生物体都画了张详细的“基因导航图”,育种专家拿着这张图就能根据个体的独特信息设计高度定制的改良方案。这项研究是中国机构完全自主创新的结果,邬教授强调这是在攻克基础理论的瓶颈。它建了一套新的分析方法,说不定能重塑数量遗传学的理论基础,以后还能形成有国际影响力的“中国学派”。 从以前凭经验选育到现在靠计算预测,数学和生命科学的深度合作开启了生物育种的新篇章。北京这个团队开发的模型不仅能加速培养好品种,还揭示了很多基因网络的规律,有潜力推广到动物育种和人类疾病研究这些领域。这说明交叉学科的威力很大,也是中国坚持搞基础前沿研究的一个明证。以后随着这个方法不断完善和应用,肯定能给保障粮食安全、生态安全和生命健康贡献大力量。