中国农业科学院·10月24日 · 周六报道精选阅读 0

中国农科院解析千年人参驯化皂苷积累遗传机制并构建精准育种模型

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国家级科研机构在PNAS发表人参驯化遗传机制与精准育种模型,数据规模大、结论新,产业价值高,值得进入每日精选。

摘要

中国农业科学院特产研究所联合农业基因组研究所,依托287份东北亚人参种质资源、融合基因组与代谢组大数据,首次从分子层面揭示人工驯化塑造人参皂苷积累的遗传机制,明确抚松人参保留最接近野生祖先的遗传信息。研究发现野生人参基因活性更强、药效合成路径分散,人工驯化过程中一处关键基因变化使药效物质向核心皂苷汇聚。据此建立的人参育种预测模型对核心药效成分含量预测准确率达96.2%,将传统近30年的育种周期压缩至3至5年。相关成果发表于《美国国家科学院院刊》。

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省媒看白山 | 吉林日报:千年人参驯化源自长白山

中国农业科学院特产研究所解锁精准育种新路径

千年人参驯化源自长白山

长白山林间,一株人参深植腐殖土中,数年乃至数十载方能积蓄药力。千百年来,药农采参、栽参,靠肉眼辨优劣,凭经验择良种,却始终无法回答一个朴素的问题:同样是人参,为何一山之隔,药效成分相去甚远?人类代代栽种、挑选人参的过程,究竟在基因层面留下了怎样的印记?

近日,一项刊发于国际权威期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)的研究,为这个悬而未决的谜题交出答案。中国农业科学院特产研究所联合农业基因组研究所等科研团队,依托287份东北亚人参种质资源,融合基因组与代谢组大数据,首次从分子层面揭示人工驯化塑造人参皂苷积累的遗传机制。这不是一次简单的植物基因解析,而是现代生命科学叩问千年药草的一次深度对话,为“百草之王”的精准育种,拧开了至关重要的分子阀门。

千年参韵

藏在草木间的驯化谜题

云雾锁长白,灵草藏深林。在长白山的山林腹地,林下参扎根黑土、缓慢生长,静静见证着中国人参从野生采挖到人工驯化、从自然繁衍到科学育种的千年演变。随着人工栽培技术逐步普及,人参逐渐走出深山密林,实现规模化、区域化种植,成为带动地方发展的特色中药材产业。

但产业扩张的背后,一道千年驯化谜题始终亟待破解。同为人参,不同产区、不同种植模式、不同品种的植株,皂苷等核心药效成分差异悬殊,品质稳定性难以保障。长期以来,人参育种深陷传统经验的桎梏,行业普遍沿用“看形选参、凭经验育种”的粗放模式,缺乏科学的数据支撑与基因依据。

参农在园参种植基地采集人参种子。

破解千年人参驯化密码,重塑人参品质内核,核心答案藏在基因之中、科研之上。中国农业科学院特产研究所深耕人参种质资源与育种研究数十年,以三代科研人的接力坚守,持续攻克人参产业核心技术难题。早在20世纪80年代,老一辈科研团队便扎根长白山人参产区,潜心钻研人参种植驯化技术,成功培育出“吉参1号”“中农皇封参”等优质人参新品种,在稳产提质的基础上,将人参产量提升12%—20%。团队更是突破性攻克“人参下山”技术瓶颈,打破人参只能林下种植的固有认知,为人参规模化种植开辟全新路径。

代代深耕,久久为功。

如今,特产所药用植物资源与育种团队持续深耕种质创新,累计选育人参、西洋参、桔梗等优质中药材新品种15个。通过基因组测序、种质筛选等前沿技术,将传统近30年的育种周期,大幅压缩至3—5年,实现人参育种的跨越式革新。

依托数十年科研积淀,团队搭建起涵盖近万份材料的人参种质资源保存平台,种质资源覆盖东北核心产区及韩、朝、俄、日等多国品类,构建起全球维度的人参种质资源库。团队首席科学家、研究员张浩表示,这为人参品质提升、品种迭代、产业升级筑牢了坚实的科研根基,让千年参草在现代科技赋能下,焕发全新生机。

溯源参脉

厘清长白参源千年演化

2015年,大规模人参群体遗传学研究启动。特产所手握种质资源与产业痛点,深圳农业基因组研究所精通基因组测序与多组学分析,两支队伍珠联璧合,以科技为钥,开启人参“身世解密”之旅。

团队对东北亚5个核心产区的287份人参种质开展全基因组重测序,在海量数据中梳理演化脉络,最终勾勒出清晰的驯化蓝图:中国抚松人参保留着最接近野生祖先的遗传信息,是现存栽培人参的原始类型;黄果人参、韩国人参,则处于野生向栽培驯化的过渡阶段。“天下人参,源出长白”。这一结论,为千年人参起源定论,如今遍布东北亚的栽培人参,皆是长白山野生人参的后代。

长白山林下参种植基地,鲜红的人参果在松林下成熟。

在此基础上,团队结合169种人参皂苷代谢数据,通过代谢物全基因组关联分析,锁定调控药效的核心线索,让千年“仙草”的基因密码,逐渐浮出水面。

这一结论并非孤证。抚松县拥有1500多年野山参采挖史、450多年人参栽培史,业内素有“世界人参看中国,中国人参看吉林”之说。吉林不但拥有得天独厚的产区优势,更拥有完备的人参产业链条。从基因组学证据来看,这份“主产”并非偶然——长白山不仅是产量意义上的核心,更是遗传意义上的源头。

基因破局

开启人参精准育种新纪元

科研工作者发现了一个颠覆传统认知的规律:野生人参的基因活性更强,生长过程中会分散药效物质的合成路径。而在人类千年的人工栽种、择优驯化过程中,人参发生了一处细微却至关重要的基因变化,这一变化看似微小,却彻底改变了人参的药效积累逻辑。

通俗来说,这次基因微调就像打通了人参药效合成的“任督二脉”,同时,保证了传统皂苷物质代谢流程,让人参更多的营养和药效不再分散消耗,尽数汇聚到核心有效成分上。也正是这一变化,让人工培育的人参,能够大量富集具备神经保护、抗衰养护等价值的优质皂苷,大幅提升了药用价值。

园参种植基地成熟的人参果。

依托这一关键基因位点的重大发现,科研团队搭建出全新的人参育种预测模型,对人参核心药效成分含量的预测准确率高达96.2%。这意味着困扰行业多年的“盲种、盲选”难题被破解,人参育种告别靠天、靠经验的传统模式,迈入“精准定制、定向培育”的全新阶段。

在科研成果背后,是无数次攻坚克难的坚守。人参的有效成分体系极为复杂,拥有超300种皂苷、上千种物质组合,极大增加了基因验证、机理研究的难度。科研团队历经无数次试验调整、反复攻坚,逐一突破技术瓶颈,最终解锁人参药效驯化的核心奥秘。

千年人参,终遇现代科技。此项研究不仅厘清人参驯化演化史,更打破“三十年育一参”的困境,为人参分子育种、种质改良奠定坚实基础。长白山的风,吹过百万亩参田,也吹开中药材现代化新篇。

草木有灵,科学有道。当分子密码被解锁,揭开了“百草之王”的千年神秘面纱,以更优质、更稳定的姿态续写中医药传奇。这场跨越千年的驯化对话,在科技之光里,给出了清晰答案。

原标题:《省媒看白山 | 吉林日报:千年人参驯化源自长白山》

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