创新驱动引领下的广东省遗传学研究

黄峙，熊符，周天鸿，徐湘民

创新驱动引领下的广东省遗传学研究

黄峙1，熊符2，周天鸿1，徐湘民2

1. 暨南大学生命科学技术学院，广州 510632 2. 南方医科大学医学遗传学教研室，广州 510515

遗传学(genetics)是探究生物遗传和变异规律的科学。从1866年孟德尔发表“植物杂交实验”论文，标志着经典遗传学的创立；到1953年沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型，开启了分子遗传学研究的大门；随着分子生物学的发展和多学科交叉融合，以PCR技术、DNA重组技术、高通量基因组测序技术、基因编辑技术及生物信息大数据平台等为代表的一系列新技术和新方法取得飞速发展和革命性突破[1]。现代分子遗传学已经发展成为生命科学和医学研究领域中最重要的基础性和前沿性核心学科之一。正是源于遗传学研究及其相关学科研究创新成果的不断涌现，带动整个生命科学和医学进入了全面创新的时代。在中国遗传学会指导和广东省科协的领导下，广东省遗传学会作为遗传学教学和科研工作者自愿组成的、具有独立法人资格的地方性、公益性、学术性社会团体，自1980年7月在广州成立以来，已历经十届。其中第一、二届理事长是中山大学李宝健教授；第三、四届理事长是中科院华南植物园黄鸿枢教授；第五、六、七届理事长是华南师范大学郭宝江教授；第八、九届理事长是暨南大学周天鸿教授。新一届学会第十届理事会的挂靠单位为南方医科大学，理事长是徐湘民教授。学会密切联系和团结区域内全体会员和广大遗传学工作者，以经济建设为中心，致力于推动本地区遗传学研究的繁荣，促进区域遗传学知识和技术的普及，提升地方遗传学教育事业的发展及遗传学科技人才的培养和队伍建设，加快遗传学技术与生物医药健康产业的结合，期待在“一带一路”及大湾区建设中发挥重要作用。

南粤大地具有悠久的水稻()种植和选育历史，在水稻遗传学优势研究上硕果累累。“中国稻作学之父”丁颖教授，早在1930年就创立国立中山大学稻作试验场，当时作为国家水稻改良中心，培育出“千粒穗”良种[2]。黄耀祥院士早年师从丁颖教授，一心一意做水稻育种，是新中国矮秆水稻育种的先驱，被国际水稻学届称为“半矮秆水稻之父”[3]。践行初心不改，坚定为国奉献的卢永根院士，在水稻遗传研究领域作出过突出贡献，提出的水稻“特异亲和基因”对水稻育种实践产生了重要作用[4]。卢院士还将毕生存款880余万元悉数捐给了华南农业大学，用实际行动诠释着一名科学家的爱国情怀。卢院士作为CCTV《感动中国》2017年度人物点燃了无数观众的爱国热情，成为一段佳话。

在传承老一辈遗传育种家科研精神和贡献的基础上，以刘耀光院士为代表的广东植物遗传学家们，针对水稻细胞质雄性不育与恢复、光/温敏不育及育性转换、远缘杂种不育与亲和性等科学问题，经过多年不懈的艰苦攻关，阐明了上述科学问题的分子基础，为水稻育种的遗传学研究作出了突出贡献。陈乐天教授课题组则系统研究了亚洲稻与非洲稻种间杂种不育遗传学基础，揭示出一种不依赖等位基因互作的非对称遗传互作的杂种不育新机制，并利用基因编辑技术快速创建了温敏不育系和杂种亲和系，为水稻杂种优势利用提供了理论指导和技术支撑。由陈乐天等为本期专刊撰写的《水稻育性调控的分子遗传研究进展》一文[5]，回顾了我国杂交水稻的发展历程，系统总结了杂交水稻生产涉及的细胞质雄性不育遗传基础和分子作用机制，探讨了我国杂交水稻生产存在的问题，并提出了水稻杂种优势领域下一步研究的一些重要科学问题。此外，张桂权教授团队在“设计育种”领域也开展了富有成效的系统研究工作。本期由张桂权教授撰写的《基于SSSL文库的水稻设计育种平台》一文[6]，介绍了其团队潜心水稻育种数十年，采用“三步走”的策略开展水稻“设计育种”研究的经验。该工作可为国内外同行开展水稻设计育种提供参考。

在医学遗传学和基因组学领域，南方医科大学徐湘民团队通过两代人37年的长期坚守，与国内其他研究团队共同阐明了中国人血红蛋白病的分子基础，并发展出适合中国人群检测的分子诊断技术，为该病的临床诊断和预防控制作出了贡献。本期专刊由该团队撰写的《影响β-地中海贫血表型的遗传修饰作用》一文[7]，介绍了可加重或缓解β-地中海贫血表型的遗传修饰因素，展示了对该疾病进行遗传修饰研究的临床应用以及未来发展前景，是当下人类遗传病领域的研究热点和重点。同时，他们在推动服务于临床的血红蛋白病的突变数据库建设方面又取得新的突破。本期专刊《中国人血红蛋白病突变数据集和临床辅助决策管理系统》一文[8]，介绍了由该团队开发设计的这一可方便、高效分析血红蛋白病突变的在线辅助精确诊断及风险评估系统，可为其他人类遗传性疾病的临床诊断和预防应用起示范作用。该团队还努力拓展不同对象的疾病研究，本期由赵存友教授等撰写的《精神分裂症相关单核苷酸多态性调控microRNA功能研究进展》一文[9]，从精神分裂症相关SNP与miRNA可能发生相互作用的4种机制展开综述，为研究miRNA在精神分裂症发生发展中的作用提供参考；由张秀泉教授等撰写的《染色体10q24.31片段重复导致先天性缺指/缺趾畸形的一个家系致病机理分析》一文[10]，报道了对一个患有先天性缺指/缺趾畸形家系的基因变异检测结果，分析总结了该疾病分型与基因变异之间的关联关系,并探讨了对此类疾病患者开展遗传咨询及基因诊断的策略。此外，本期专刊由王智教授等撰写的《HPV阳性口咽癌患者预后与T细胞浸润和新抗原负荷相关性分析》一文[11]，报道了其在免疫微环境与肿瘤突变关联性研究中的发现，为HPV相关口咽癌的治疗提供了新的思路。

大动物精原干细胞的研究对了解人类相关生理机制和疾病至关重要，并且猪、牛和羊等农业动物的精原干细胞研究及其技术研发可为优良种畜扩繁和制备具有重要经济价值的基因修饰家畜提供新途径。本期专刊由赵鑫和杨化强撰写的《大动物精原干细胞研究进展》一文[12]，介绍了精原干细胞的特征，以及动物新型替代繁殖技术、转基因动物制备和治疗雄性不育的新方法及其应用前景，并探讨了目前该领域面临的主要科学问题。在农业动物的饲养过程中，果胶作为饲料中主要抗营养因子，影响着畜禽对日粮中能量和氮的利用效率。利用外源基因在畜禽消化道细胞中表达果胶酶，成为提高饲料利用率的一种重要策略。本期由莫健新等撰写的《微生物源果胶酶在猪PK15细胞中异源表达及其酶学性质分析》一文[13]，根据猪基因表达系统遗传密码使用偏好，对编码果胶酶的基因(和)序列进行优化，并导入猪PK15细胞中异源表达，探究了其在猪细胞中表达的可行性，为创制转果胶酶基因猪提供了理论参考。

秉承“基因科技造福人类”的使命，深圳华大基因从1999年成立以来，已发展成为全球领先的基因组科学研发机构。借助华大在基因组领域的数据产出和技术优势，2011年中国政府批复依托深圳华大生命科学研究院(原深圳华大基因研究院)建设我国首个读、写、存一体化的综合性生物遗传资源基因库—国家基因库。本期专刊由徐讯等撰写的《国家基因库：共有、共为、共享》一文[14]，介绍了国内外较有影响力的基因资源大平台的发展概况，着重阐述了国家基因库的定位与任务、“三库两平台”架构以及国家基因库的开放共享管理和运行机制。这一基于我国基因资源数据的共享和公共服务平台，对生命科学研究和生物产业创新发展将会起到重要支撑作用。

以上内容是本期专刊推出的主要论文。限于篇幅和组稿时间，我省还有许多值得推荐的遗传学领域的研究成果未能在本期专刊中一一呈现，借此机会选取如下一些代表性研究做一个简要的介绍。

中国科学院深圳先进技术研究院汇聚了一批富有活力的优秀专家学者，他们勇于开拓和创新，在合成基因组学领域取得了国际瞩目的研究结果。该院戴俊彪研究员是我国这一领域的带头人之一，也是国际合成酵母基因组计划(Sc2.0)和国际基因组编写计划(GP-write)的主要成员，牵头发起了“国际基因组编写计划·中国(GP-write China)”国际合作项目。该团队在2017年成功实现了酿酒酵母()第12号染色体的人工设计与合成，这一工作发表在杂志上[15]，并入选当年的中国科学十大进展，被认为是合成生物学史上的一个里程碑。2018年5月，戴俊彪课题组和英国曼彻斯特大学蔡毅之课题组合作在发表2篇论文[16,17]，解决了将合成酵母菌应用于代谢工程，从而生产具有重要经济和应用价值产品的多个关键技术难点。戴俊彪研究员因此而荣获“谈家桢生命科学创新奖”(2018年)。

亨廷顿舞蹈病是一种由于基因发生变异所引起的常染色体显性遗传神经退行性疾病。由暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院李晓江教授和中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究员领导的合作团队，历时4年的研究，利用基因编辑技术(CRISPR/Cas9)和体细胞核移植技术，首次成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪，该模型动物可精准模拟出这一人类神经退行性疾病的表型。该成果发表在世界生物学顶尖学术期刊上[18]，为我国脑科学与类脑研究提供了重要的实验动物模型及先进研究手段，标志我国大动物模型研究走在了世界前列。

在植物逆境生物学的研究领域，源于中山大学生命科学院细胞遗传学教研室而发展起来的“植物逆境与光合实验室”，经过两代人20余年的努力，已经建立了包括遗传转化在内的植物基因工程操作平台。近5年来，中山大学王宏斌教授领导团队在植物逆境的初期信号感知与叶绿体相关应答方面开展了系统的工作，取得令人瞩目的成果[19]。还有中国科学院南海海洋研究所王晓雪研究员，瞄准海洋微生物和模式微生物，开展生理代谢与环境适应机制的研究，关注毒素–抗毒素系统及原噬菌体等水平基因转移元件在环境适应性中的功能和调控，并系统阐释这些水平基因转移元件在环境胁迫条件下的调控通路。从细菌的自身代谢调控中找到新的关键调控因子作为靶点，为抑制抗药性细菌–提供了有效途径[20]。

开展遗传学教学的改革和探索也是广东省遗传学会的一项重要工作。2017年12月，受教育部高等学校生物技术、生物工程类专业教学指导委员会委托，周天鸿教授负责组织了由学会与高等教育出版社和暨南大学生命科学技术学院共同承办的“高校基因工程骨干教师研修班”，为一线教师提供课程建设、教学内容、教学资源、教学模式与方法等方面交流与研讨的机会。来自全国各地54所高校，从事《基因工程》教学科研的百余名“骨干”参加本次培训班。此外，学会副理事长、遗传学教学分会主任贺竹梅教授于2016年4月和2017年6月分别负责承办了两次全国高校遗传学教学研讨会，对遗传学教学起到了积极的推动作用。贺竹梅教授还作为主编参与修订了“十二五”国家级规划教材《现代遗传学教程》第3版(高等教育出版社)和《现代遗传学学习引导》第2版(高等教育出版社)。

综上所述，广东省遗传学研究聚焦国家创新驱动发展战略，全面推进相关领域的基础研究、应用技术和产业转化，致力推动粤港澳大湾区生命科学研究的整体发展。2019年2月18日，中共中央、国务院印发了《粤港澳大湾区发展规划纲要》，成为指导粤港澳大湾区当前和今后一个时期合作发展的纲领性文件。在大湾区的未来建设中，生物技术作为重点发展壮大的新支柱产业之一，生物医药、海洋经济、基因检测、高端医学诊疗设备和现代中药等重大生命健康产业布局，与遗传学研究和遗传资源开发息息相关。正当此时，撸起袖子加油干，发力粤港澳大湾区遗传学研究，用优异的创新成果为粤港澳大湾区建设和国家创新驱动发展战略服务。

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2019-08-08

黄峙，博士，教授，第九届广东省遗传学会秘书长。E-mail: thsh@jnu.edu.cn熊符，博士，教授，第十届广东省遗传学会秘书长。E-mail: xiongfu@smu.edu.cn

周天鸿，硕士，教授，第九届广东省遗传学会理事长。E-mail: tzth@jnu.edu.cn徐湘民，硕士，教授，第十届广东省遗传学会理事长。E-mail: xixm@smu.edu.cn

10.16288/j.yczz.19-229

2019/8/12 16:51:00

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