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显微镜下破译基因“密码”

原标题:显微镜下破译基因“密码”

导读:

  在西南大学,有一群由院士领衔的基因“密码”破译专家。他们通过实施家蚕基因组、桑树基因组和家蚕微孢子虫基因组研究计划,向世人展示出基因组时代不一样的生物世界。5月6日,重庆日...

  在西南大学,有一群由院士领衔的基因“密码”破译专家。他们通过实施家蚕基因组、桑树基因组和家蚕微孢子虫基因组研究计划,向世人展示出基因组时代不一样的生物世界。5月6日,重庆日报记者走进这个实验室进行探访。

  5月6日,西南大学国家桑树品种改良中心重庆分中心精密仪器分析室,一条条染色体就是在这里用显微操作仪从细胞中挑出来的。本版图片由记者谢智强摄视觉重庆

  在西南大学,有一群由院士领衔的基因“密码”破译专家。他们通过实施家蚕基因组、桑树基因组和家蚕微孢子虫基因组研究计划,向世人展示出基因组时代不一样的生物世界。5月6日,重庆日报记者走进这个实验室进行探访。

  站在大门口,门头上方的“蚕学宫”楠木牌匾颇显古韵,而旁边挂的“家蚕基因组生物学国家重点实验室”金属牌匾则充满现代感。

  家蚕基因资源库所在的建筑被称作“蚕宫殿”,有3000平方米。负一楼放置桑叶,其他四层楼基本上都是蚕房。

  记者闻着一股桑叶的清香往里走,进入一楼的一间蚕房,眼前的一切犹如进入神奇的昆虫世界——左右两侧的钢架上,绿色的蚕钵从下往上一排排整齐摆放,这就是蚕宝宝的“床”,每张“床”上都有密密麻麻的蚕宝宝。

  “不同品种的蚕宝宝可以共处一房,但不可以共用一‘床’。”代方银说,家蚕基因资源库始于上世纪40年代,致力于家蚕遗传资源收集、创制、保存和整理。在国际知名蚕桑遗传育种专家、中国工程院院士向仲怀的带领下,实验室建立了世界最大的家蚕基因资源库,目前已拥有1000份以上家蚕基因资源,覆盖家蚕突变型的90%以上。

  家蚕基因资源采用活体保存,有效期仅有一年,所以每年春天实验室都会大规模养蚕,安排专人照顾蚕宝宝,每天早上、下午和晚上喂食。

  记者发现,这里的蚕宝宝有的身上布满黑色条纹,有的则是纯白色,有的甚至是透明色。更神奇的是,蚕宝宝的血液竟有不同的颜色。保种研究人员胡海说,这影响它们结出来的茧不都是最常见的白色,而是五颜六色。

  “蚕茧的颜色跟血液的颜色性状具有必然联系。”胡海举例说,如果蚕宝宝的血液是黄色,就会结黄色、稻草色或粉红色的茧;如果是无色,则会结绿色或白色的茧。这些色素物质都来自桑叶。

  “家谱”一本本整齐码放,总共三排,第一本是从上世纪40年代开始记录的。翻开早已泛黄且有些破损的“家谱”,可以了解到蚕宝宝的每个世代是怎么来的,发生了哪些变化。

  “这些资料太珍贵了,凝聚了几代科研人员的心血,所记录的蚕宝宝是蚕业科学和产业发展雄厚的生物资源基础。”代方银表示。

  长久以来,人们只知道种桑养蚕、缫丝织绸,一切围着蚕丝转,桑树很多的潜在价值没有被挖掘出来,没有形成独立的学科,更像是蚕学的“附属品”。

  十多年前,向仲怀院士提出桑树基因组计划。随后,实验室副主任何宁佳作为项目负责人,带领研究团队开始探索桑树基因组的奥秘。

  各种野生桑树资源有多少条染色体?每条染色体承载了哪些遗传“密码”?……要解答这些问题,就要先获取染色体。在国家桑树品种改良中心重庆分中心的精密仪器分析室,何宁佳向记者展示了他们是如何获取染色体的。

  走进分析室,一名科研人员正在用显微操作仪挑染色体,把一条条染色体从细胞中挑出来,实现染色体微分离。而执行这项重要任务的,就是显微操作仪上的玻璃针。

  “玻璃针的针头很细,能达到微米级。”何宁佳告诉记者,当玻璃针进入桑树的细胞核后,染色体可以挂在针尖上,然后被挑出来。

  然而,这可是比“绣花功”更精细的活儿,就算是熟练工也要3分钟才挑得出一条染色体。做实验所需的染色体动辄几十上百条,光是挑染色体就要七八个小时。

  不同的实验目的需要不同的染色体,如何准确找到所需?“染色体自身并不发荧光,我们利用荧光探针进行标记,让要研究的染色体显示出颜色,便于追踪。”何宁佳介绍。

  在显微操作仪旁边的显示屏上,可以清楚地观察到被标记成不同颜色的染色体,很容易把它们进行区分,个个都无处藏身。

  “桑树有3万多个基因,分布在各条染色体上。但它们究竟是怎么分布的,哪些地方是富集区域,哪些基因控制果实长短、果色、酸甜度等,都可以从细胞学上进行评判。”何宁佳表示,目前,他们已建立了完善的桑树基因组数据库,并构建了桑树功能基因组研究平台。

  桑树基因组的解析带动了传统桑树学科的重建和产业重构,为桑树多用途综合利用与开发、蚕桑产业链的延伸提供了数据支撑。在此基础上,创造新的桑树种质资源,选育出果桑、饲料桑、药用桑等优良品种,这就是研究成果的应用之一。

  在西南大学校园内地势最高处,有实验室建的150亩桑树育种中心,加上校外还有50多亩,总共200多亩。桑园内有1000多种桑树,来自天南海北。

  走进桑树育种中心,记者发现很多特别的桑树,其中一种桑树上挂满了果实,但果实是长条形,最长有20多厘米,颜色呈黄绿色而非常见的紫色,吃起来甜度高,口感好。

  微孢子虫是一种单细胞真核生物,体积极小,昆虫、牲畜和鱼类等感染后会造成重大经济损失。它甚至能感染人类,引起肠炎、呼吸道感染、脑炎等,对艾滋病患者、者等免疫系统有缺陷的人群,更是有致命性危害。

  正在做实验的博士吕青告诉记者,微孢子虫侵染宿主细胞的机制在自然界中十分独特。圆圆的孢子,直径仅几微米,其内部有一根长长的极管,像弹簧一样盘绕着。如果受到刺激,极管就会在极短的时间弹出,并将孢子内的细胞核向外运送,进入宿主细胞生长发育,并反复分裂增殖。

  可是,由各种蛋白构成的极管直径只有100纳米,细胞核的直径却有700纳米,是极管的7倍,极管究竟是如何把细胞核运送出去的?

  神奇之处就在于,细胞核可以上演一出“变形记”,把圆圆的身材“变”成瘦长的身材,在通过极管末端之后,再立马恢复原形。这一套高难度的动作,细胞核完成起来游刃有余。

  “微孢子虫真是非常神奇,当年我第一次看到微孢子虫切片时,就决定要用一生去研究它!”实验室副主任潘国庆说。

  2017年,实验室通过与美国阿尔伯特·爱因斯坦医学院合作,在全球首次发现了微孢子虫侵染过程中的相关蛋白,这一发现为防治相关病害提供了依据和方法。

  “我们研发出一种单克隆抗体,在此基础上做出来一种万能试纸条。目前,通过添加有关微孢子虫的扩增引物,已经可以对家蚕、对虾微孢子虫病进行检测。”潘国庆表示,之所以称作万能试纸条,是因为通过更换不同的扩增引物,它还可以检测其他疾病,拥有广阔的应用前景。

  5月6日,西南大学国家桑树品种改良中心重庆分中心精密仪器分析室,一条条染色体就是在这里用显微操作仪从细胞中挑出来的。本版图片由记者谢智强摄视觉重庆

  在西南大学,有一群由院士领衔的基因“密码”破译专家。他们通过实施家蚕基因组、桑树基因组和家蚕微孢子虫基因组研究计划,向世人展示出基因组时代不一样的生物世界。5月6日,重庆日报记者走进这个实验室进行探访。

  站在大门口,门头上方的“蚕学宫”楠木牌匾颇显古韵,而旁边挂的“家蚕基因组生物学国家重点实验室”金属牌匾则充满现代感。

  家蚕基因资源库所在的建筑被称作“蚕宫殿”,有3000平方米。负一楼放置桑叶,其他四层楼基本上都是蚕房。

  记者闻着一股桑叶的清香往里走,进入一楼的一间蚕房,眼前的一切犹如进入神奇的昆虫世界——左右两侧的钢架上,绿色的蚕钵从下往上一排排整齐摆放,这就是蚕宝宝的“床”,每张“床”上都有密密麻麻的蚕宝宝。

  “不同品种的蚕宝宝可以共处一房,但不可以共用一‘床’。”代方银说,家蚕基因资源库始于上世纪40年代,致力于家蚕遗传资源收集、创制、保存和整理。在国际知名蚕桑遗传育种专家、中国工程院院士向仲怀的带领下,实验室建立了世界最大的家蚕基因资源库,目前已拥有1000份以上家蚕基因资源,覆盖家蚕突变型的90%以上。

  家蚕基因资源采用活体保存,有效期仅有一年,所以每年春天实验室都会大规模养蚕,安排专人照顾蚕宝宝,每天早上、下午和晚上喂食。

  记者发现,这里的蚕宝宝有的身上布满黑色条纹,有的则是纯白色,有的甚至是透明色。更神奇的是,蚕宝宝的血液竟有不同的颜色。保种研究人员胡海说,这影响它们结出来的茧不都是最常见的白色,而是五颜六色。

  “蚕茧的颜色跟血液的颜色性状具有必然联系。”胡海举例说,如果蚕宝宝的血液是黄色,就会结黄色、稻草色或粉红色的茧;如果是无色,则会结绿色或白色的茧。这些色素物质都来自桑叶。

  “家谱”一本本整齐码放,总共三排,第一本是从上世纪40年代开始记录的。翻开早已泛黄且有些破损的“家谱”,可以了解到蚕宝宝的每个世代是怎么来的,发生了哪些变化。

  “这些资料太珍贵了,凝聚了几代科研人员的心血,所记录的蚕宝宝是蚕业科学和产业发展雄厚的生物资源基础。”代方银表示。

  长久以来,人们只知道种桑养蚕、缫丝织绸,一切围着蚕丝转,桑树很多的潜在价值没有被挖掘出来,没有形成独立的学科,更像是蚕学的“附属品”。

  十多年前,向仲怀院士提出桑树基因组计划。随后,实验室副主任何宁佳作为项目负责人,带领研究团队开始探索桑树基因组的奥秘。

  各种野生桑树资源有多少条染色体?每条染色体承载了哪些遗传“密码”?……要解答这些问题,就要先获取染色体。在国家桑树品种改良中心重庆分中心的精密仪器分析室,何宁佳向记者展示了他们是如何获取染色体的。

  走进分析室,一名科研人员正在用显微操作仪挑染色体,把一条条染色体从细胞中挑出来,实现染色体微分离。而执行这项重要任务的,就是显微操作仪上的玻璃针。

  “玻璃针的针头很细,能达到微米级。”何宁佳告诉记者,当玻璃针进入桑树的细胞核后,染色体可以挂在针尖上,然后被挑出来。

  然而,这可是比“绣花功”更精细的活儿,就算是熟练工也要3分钟才挑得出一条染色体。做实验所需的染色体动辄几十上百条,光是挑染色体就要七八个小时。

  不同的实验目的需要不同的染色体,如何准确找到所需?“染色体自身并不发荧光,我们利用荧光探针进行标记,让要研究的染色体显示出颜色,便于追踪。”何宁佳介绍。

  在显微操作仪旁边的显示屏上,可以清楚地观察到被标记成不同颜色的染色体,很容易把它们进行区分,个个都无处藏身。

  “桑树有3万多个基因,分布在各条染色体上。但它们究竟是怎么分布的,哪些地方是富集区域,哪些基因控制果实长短、果色、酸甜度等,都可以从细胞学上进行评判。”何宁佳表示,目前,他们已建立了完善的桑树基因组数据库,并构建了桑树功能基因组研究平台。

  桑树基因组的解析带动了传统桑树学科的重建和产业重构,为桑树多用途综合利用与开发、蚕桑产业链的延伸提供了数据支撑。在此基础上,创造新的桑树种质资源,选育出果桑、饲料桑、药用桑等优良品种,这就是研究成果的应用之一。

  在西南大学校园内地势最高处,有实验室建的150亩桑树育种中心,加上校外还有50多亩,总共200多亩。桑园内有1000多种桑树,来自天南海北。

  走进桑树育种中心,记者发现很多特别的桑树,其中一种桑树上挂满了果实,但果实是长条形,最长有20多厘米,颜色呈黄绿色而非常见的紫色,吃起来甜度高,口感好。

  微孢子虫是一种单细胞真核生物,体积极小,昆虫、牲畜和鱼类等感染后会造成重大经济损失。它甚至能感染人类,引起肠炎、呼吸道感染、脑炎等,对艾滋病患者、者等免疫系统有缺陷的人群,更是有致命性危害。

  正在做实验的博士吕青告诉记者,微孢子虫侵染宿主细胞的机制在自然界中十分独特。圆圆的孢子,直径仅几微米,其内部有一根长长的极管,像弹簧一样盘绕着。如果受到刺激,极管就会在极短的时间弹出,并将孢子内的细胞核向外运送,进入宿主细胞生长发育,并反复分裂增殖。

  可是,由各种蛋白构成的极管直径只有100纳米,细胞核的直径却有700纳米,是极管的7倍,极管究竟是如何把细胞核运送出去的?

  神奇之处就在于,细胞核可以上演一出“变形记”,把圆圆的身材“变”成瘦长的身材,在通过极管末端之后,再立马恢复原形。这一套高难度的动作,细胞核完成起来游刃有余。

  “微孢子虫真是非常神奇,当年我第一次看到微孢子虫切片时,就决定要用一生去研究它!”实验室副主任潘国庆说。

  2017年,实验室通过与美国阿尔伯特·爱因斯坦医学院合作,在全球首次发现了微孢子虫侵染过程中的相关蛋白,这一发现为防治相关病害提供了依据和方法。

  “我们研发出一种单克隆抗体,在此基础上做出来一种万能试纸条。目前,通过添加有关微孢子虫的扩增引物,已经可以对家蚕、对虾微孢子虫病进行检测。”潘国庆表示,之所以称作万能试纸条,是因为通过更换不同的扩增引物,它还可以检测其他疾病,拥有广阔的应用前景。

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