用一流的科研成果回报社会

2019-01-08 09:59 中国网

  自从奥地利遗传学家孟德尔神父根据豌豆杂交实验发现生物的遗传基因规律、总结出孟德尔遗传定律以来,生物基因工程技术已经有了将近一个半世纪的历史。在百年的发展历程中,基因工程技术对人类科技文明发展的作用得到了日益凸显,特别是到了新世纪,已经在现代科学中占据了重要地位。正因为此,世界各国均有优秀的科学家在这一领域苦心钻研,为造福人类而不懈奋斗。苗向阳研究员是中国农业科学院杰出人才,基因工程和功能基因组学学科带头人,博士生导师。他主要从事基因工程和功能基因组学、转基因动物及分子育种方面的研究工作,如:新基因克隆及其功能研究、高通量基因组学、表观遗传学、转基因动物、iPS细胞、羊鸡猪的基因组和分子育种等。

  勇于创新,方能占据制高点

  “诚实做人,踏实做事,贵在坚持,努力就会成功。”这是苗向阳研究员对新生的谆谆告诫。他是这么说的,也是这么做的。多年来,面对日益复杂的国际竞争局面,他坚持不懈,勇于创新,带领团队在自己的研究领域内辛勤耕耘不辍,取得了一系列丰硕的科研成果。

  苗向阳研究员利用在基因工程和分子生物学方面研究的优势,积极在生物基因工程技术研究方向上开拓新领域。他应用研究基因功能的新方法和生物信息学等,成功构建了规模化的基因克隆与功能验证技术,不仅发现了新基因及其功能,而且大规模克隆并鉴定了具有自主知识产权的新基因,在基因工程和功能基因组学研究领域卓有建树。在转基因动物研究领域,苗研究员通过探索新方法研究培育转基因动物新品种,在提高转基因动物自主创新能力的同时更为转基因研究与应用提供了有效的技术平台。

  苗向阳研究员主要从事基因工程、功能基因组学与表观遗传学及分子育种方面的研究工作,如新基因克隆及其功能研究、高通量基因组学、表观遗传学、生物信息学、转基因动物及分子育种。先后主持国家自然科学基金项目,国家高技术研究发展计划(863计划),转基因生物新品种培育重大专项,北京市自然科学基金项目,科技部科研院所社会公益研究专项,国家科技支撑计划等项目30多项。

  多年来,苗向阳研究员开展了功能基因组学、表观遗传学及分子育种等研究,通过筛选鉴定出一批与羊、猪的生殖、生长、品质等重要经济性状功能基因和分子标记,取得了创新性的研究成果。采用多组学及生物信息学等方法,在国际上率先进行了羊猪等高繁殖力及肉质性状基因组、转录组、蛋白质组、表观遗传组等研究,筛选鉴定了与繁殖及肉质性状等相关的重要性状功能基因、调控因子、蛋白及大量的SNP标记,开展了重要经济性状的基因定位和遗传解析。构建了重要功能基因及其调控因子的互作网络,解析繁殖、生长、肉质差异的分子机制,筛选鉴定了与繁殖及肉质性状等相关的大量功能基因,建立了分子设计育种新体系。在转基因动物的研究上取得了新的突破,寻找出了一种易于操作的转基因动物新方法。

  苗向阳研究员的多项研究工作具有突出创新性,成果水平达到国际先进,对国内外同领域产生较大影响,对转基因动物新品种培育,提高转基因动物自主创新能力具有重要意义。一流科研成果的取得,不可能是闭门造车。只有通过与世界一流水平的不断交流,取长补短,融会贯通,才有可能实现某种重要的飞跃。为此,苗向阳与美国加州大学、哈佛大学、马里兰大学等的同行专家建立了良好的合作关系,深入开展了实质性合作研究以及联合协作培养。通过国际合作和学术交流,拓展了国际视野,提高了国际影响力,进而也为我国相关产业的发展进步做出了重要贡献。

  苗向阳课题组在国际著名的SCI期刊《Cellular and Molecular Life Sciences》(影响因子7.047)上发表了论文“转基因动物新技术研究(Recent advances in the development of new transgenic animal technology)”。动物转基因技术是通过基因工程技术将外源基因整合到受体动物基因组中,从而使其得以表达和遗传,是21世纪发展最为迅速的生物高新技术之一。此次发表的论文,主要概括了生殖干细胞法、基因打靶法、RNA干扰(RNAi)、锌指核酸酶-基因打靶技术和诱导多能干细胞(iPS)等转基因技术的发展动态和实际应用,并基于现有的传统转基因技术中存在的转基因效率和基因表达调控等方面的限制因素,着重介绍了近年来在提高转基因效率和增强转基因的精准性方面具有创新性的转基因技术,并分别对这些新转基因技术的原理以及具体应用中表现的优势和不足进行了深入探讨。同时,该论文也阐述了转基因研究的现状和存在的问题,指出了转基因未来的发展趋势,为今后转基因的研究提供了良好的理论指导和技术支持。

  多年创新科研,取得硕果累累

  十数年的生物基因工程研究生涯中,苗向阳始终矢志不渝在开拓新思维、探索新方法的道路上挺进,为基因工程技术的发展作出了重大成绩。

  苗研究员的主要研究成果包括:在国内外首次构建出猪脂肪细胞膜基因工程抗体,对减少猪脂肪含量,提高胴体品质具有重要的实际应用价值,为免疫调节动物生长提供了崭新的思路和方法。在国内外首次构建了羊抑制素基因工程抗体,可以提高羊、牛等动物的繁殖力,其方法具有明显的创新性。以新的研究思路对动物免疫方法进行了显著的改进,极大地提高了免疫效果。从基因表达和miRNA水平上加深对AA肉鸡和北京油鸡两个品种胸肌和脂肪组织所具有的特异性状及其遗传基础的认识,为进一步研究中外不同品种鸡的生物学特性提供分子基础;深入研究了动物的天然免疫及抗病基因,筛选出未知功能新基因为抗病育种研究奠定了重要基础。在国内外首次采用精子和卵母细胞作为载体,探索出一种转基因新体系,具有显著的创新性。这一体系的建立对其他动物进行转基因研究可以提供有价值的借鉴,建立的转基因技术新体系,可为转基因研究与应用提供技术平台。对小鼠体内生殖细胞进行外源基因转染,研究了精子形成过程中不同阶段及不同生精周期制作转基因小鼠的效率。通过比较精子生成各阶段及不同精子生成周期的转基因效率,为以后通过转染雄性生殖细胞高效制作转基因动物提供了科学依据。采用新的转基因方法成功制备出大量转基因鸡、转基因及克隆羊,为转基因动物新品种培育提供了坚实基础。通过精原干细胞法进行转染,在转基因方法的研究上取得了新的突破,寻找出了一种易于操作的转基因动物新途径。具有突出创新性,成果水平达到国际先进,对国内外同领域产生较大影响,对培育转基因动物新品种,提高转基因动物自主创新能力具有重要意义。对羊鸡猪的生长发育等的功能基因组学、表观遗传学及分子育种等方面做了大量研究工作,取得了多项重要研究新成果。对于增强我国农业科技自主创新能力,提升动物育种水平,促进农业增效和农民增收,提高我国农业国际竞争力,具有重大战略意义。

  见微知著,动物脂肪组织调控基因的秘密

  苗向阳研究员及其团队取得了多项国际一流的科研成果,为了方便起见,此处对其中两项研究进行简要介绍,以便起到“窥一斑而知全豹”之效。

  一种调节基因表达的非编码核酸,靶向脂肪酸合成酶的调控因子及其应用等获得了2项美国发明专利授权。我国是世界上养羊大国,存栏量和羊肉产量均位居世界第一,但肉羊生产水平较低、品质较差。绵羊对农业方面以及生物学研究来说极其重要,目前对肉用绵羊的遗传育种研究还略显滞后。这是由于目前绵羊育种中,伴随产肉效率的提高,肉产品的食用品质受到影响,不能满足消费者对肉品质的满意度。而嫩度及风味是主要的肉质性状,与肌肉的脂肪酸含量和组成有关,由微效多基因控制,遗传机理复杂;性状之间的关联性,仅仅靠传统的表型选择难以改善肌肉脂肪酸特性,需要利用与绵羊肌肉脂肪酸相关的分子标记,进行分子育种。通过对不同脂肪沉积能力的羊脂肪组织基因表达情况进行研究,发现了调控羊脂肪沉积的关键功能基因、miRNAs及其靶基因,可以提高动物的肉质,具有创新性和可行性,对肉羊种质资源利用具有重要的理论和实际意义。

  相关成果获得了国家发明专利3项,美国发明专利2项。为羊脂肪沉积机理研究及利用分子育种改善肉质提供了新的思路和方法,对肉羊种质资源利用具有重要的理论和实际意义。

  猪是全球肉类生产的重要来源。随着人们生活水平的提高,对猪肉肉质的要求也越来越高。肌内脂肪是影响肉质的重要因素。多年来,在以高瘦肉率和快速生长为目标的选育过程中,猪肉品质下降,主要原因是猪脂肪含量的减少,尤其是肌内脂肪沉积减少。苗向阳研究员及团队采用多组学及生物信息学方法,发现了参与调控猪肉脂肪沉积的miRNA、mRNA、circRNA、lncRNA及其信号调控通路,构建了其基因表达调控网络。首次系统深入地揭示了调控脂肪沉积的分子机制,为提高猪肉品质及预防代谢性疾病提供了新的思路和方法,为猪优良种质资源的创新利用和分子育种提供了科学依据,具有重要的理论和实际意义。

  运用系统生物学,提高动物繁殖力

  苗向阳团队采用功能基因组学、表观遗传学、高通量测序及生物信息学等系统生物学方法,对不同繁殖力羊的基因表达情况进行系统研究,发现了调控羊繁殖力的关键功能基因和蛋白、新的lncRNAs、 miRNAs及信号调控通路,构建了其基因表达调控网络,首次系统深入地揭示了羊高繁力性状的分子调控机制,其成果达到国际领先水平,为羊优良种质资源的创新利用和分子育种提供了科学依据,对于我国养羊业的发展具有重要的意义。

  繁殖性状是家畜的重要经济性状,对哺乳类动物而言,增加每胎的产仔数是提高生产效益的重要措施,具有重要的经济意义。据美国资料报道,在动物生产中,收入增加的30%-60%是杂交的结果,25%是多胎的作用,15%是个体选育的作用,由此可见提高产仔数具有重要的经济意义。

  多胎是世界动物生产共同追求的重要目标,但该性状受多个基因控制,具有加性显性基因作用模式,只依靠传统的人工选育是远远不够的。家畜尤其是羊等品种的繁殖力低,在一定程度上限制了我国家畜生产能力的提高。

  经过创新实验,在先进理论和方法指引下,苗向阳团队通过构建抑制素INHA基因的新型miRNA、shRNA,转入动物基因组,抑制动物体内抑制素的表达,可以提高动物的繁殖力,具有创新性和可行性,为提高动物繁殖力提供了新的方法,并获得了国家发明专利和美国发明专利。

  利用体细胞克隆,创立转基因技术新体系

  苗向阳研究员利用体细胞克隆等培育优质转基因动物,获得大量转基因克隆动物。在转基因及克隆动物、转基因鸡的研究领域均已达到国际先进水平。他利用卵母细胞介导法构建的转基因动物,大胆采用了卵母细胞作为载体,探索出一种卵母细胞介导的转基因技术新体系,简便易行,且与其他方法相比,该方法在遗传学和发育生物学等领域的基础性研究中具有明显的优势。该体系的建立对其他动物进行转基因研究可以提供有价值的借鉴,尤其对大动物卵母细胞介导法的应用建立了一个模型。在上述成就以外,苗向阳在转基因鸡的研究上也已有了新突破,为转基因在禽类应用上建立了新模型,并且为利用转基因鸡作为生物反应器建立了一个技术平台,寻找出了一种易于操作的转基因鸡新途径。

  苗向阳研究员通过筛选鉴定出了一批与我国主要羊、鸡、猪等品种的生殖、生长、品质等重要经济性状相关的基因和分子标记,积累了厚实的研究基础。率先开展了羊、鸡、猪等的大规模基因组、功能基因组及表观遗传学等研究,克隆了大量重要经济性状的羊功能基因,建立了羊的分子设计育种新体系,培育了羊数个不同性状的家系,开展了重要经济性状的基因定位和遗传解析。进行基因组、转录组、蛋白质组、表观遗传组和遗传网络分析,解析中外羊种繁殖、生长、肉质差异分子机制,筛选、鉴定与产肉性状相关的分子标记及重要经济性状功能基因。利用分子设计等手段进行羊的分子育种新理论与新方法创新性研究,培育出了高产、优质及多胎等多个肉羊新品系。

  随着人类基因组计划的顺利进行,一个全新的纪元——后基因组时代已然来临,科技的发展与时代的需要已经向科学家发出了召唤。苗向阳研究员作为生物基因工程领域内的优秀科学家,正在为积极促进学科发展、开创基因工程研究新天地而不懈努力。

  科研成果只有服务于社会生产和生活实际,才能发挥其内在价值。近年来,我国科学家在技术创新尤其是论文方面大有追赶美国之势,但是在对于解决生产生活实际问题方面却鲜有佳绩。为此,科研成果的产业化转化就成为当务之急,也是现如今我国各行各业的科研工作者所面临的重要挑战。从这个意义上说,苗向阳团队的研究成果不仅具有理论上的先进性,而且在生产实践中具有很好的可行性。未来,他将继续带领团队,力争通过不断创新,为我国社会和人民奉献更多的一流的科研成果。

责编:唐天
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