打造玉米多組學數據“搜索引擎” 玉米數據庫在育種中屢次立功

功能性玉米被端上餐桌 這個數據庫幫了大忙

華中農業大學嚴建兵教授團隊近日在美國《交叉科學》雜志發表論文稱，他們歷時10年創建的玉米數據庫(ZEAMAP)第三版上線，除了國內科學家外，國外科學家也可以利用這里的數據進行玉米育種研究。

嚴建兵接受科技日報記者專訪時表示，之前的玉米研究，我國科學家長期依賴外國同行的資源、數據和技術，而現在我們也可以輸出我國的玉米數據資源了。

玉米遺傳育種研究離不開數據庫

嚴建兵向記者介紹：“遺傳育種過程中，常常需要引入玉米中沒有的基因，在內部進行不同的排列組合，把好的基因組合轉移到一個新的品種里面去，以此對玉米的某些性狀進行改良。”

由于玉米是飼料的主要來源，我們需要的肉蛋奶主要靠它轉化而來，所以玉米在中國的需求一直在增加。玉米在我國農業生產中的分量也越來越重，種植面積和總產量都已超過了水稻和小麥，躍居第一。玉米的重要程度不言而喻，它關乎國家的糧食安全。

ZEAMAP是嚴建兵團隊在進行玉米遺傳改良研究時收獲的一個“副產品”。“玉米專門數據庫對于玉米研究來說就是一個戰略資源，我們必須自己做。”2010年一回國，嚴建兵決定一邊做育種研究一邊帶著團隊建“數據庫”。

打造玉米多組學數據“搜索引擎”

其實，在ZEAMAP走向國際之前，我國科學家已經在利用它進行各種研究。山東農業大學儲朝暉教授利用ZEAMAP數據庫進行大數據挖掘，找到了一個抗玉米紋枯病的關鍵基因;中國農業大學秦峰教授利用ZEAMAP數據庫，發表了一系列玉米抗旱方面的成果……“實際上，這個數據庫信息量還是很大的，只要你愿意去挖掘，就可以從中獲益。”嚴建兵對記者強調，該數據庫可以成為玉米育種研究工作者的一個重要工具。

華中農業大學教授劉彬做了一個三大糧食作物基礎研究的國際比較，結果顯示：近10年來，我國玉米研究突飛猛進，特別是近5年，我國玉米研究在高質量期刊上發表論文的活躍程度在全球已排名第二，僅次于美國。據不完全統計，ZEAMAP數據庫中的數據已被60多個國內外實驗室所使用，ZEAMAP數據庫中的材料也已經分發多達15000余份，基于該數據庫發表的高水平文章已經有數十篇。

ZEAMAP數據庫從第一版到現在的第三版，打破過去我國玉米育種研究的“信息孤島”，實現玉米多組學數據“云端”集成檢索分析;ZEAMAP數據庫成功整合了來自同一玉米群體的基因組、轉錄組、表型組、代謝組、表觀基因組、調控組以及遺傳定位結果等多組學數據，構建了一個玉米屬綜合數據庫;另外，開放了外部接口，內嵌了基因組“瀏覽器”和“搜索引擎”，實現對相關組學數據的高度集成、快速檢索和智能分析。嚴建兵堅信，再堅持擴展數據庫10年、20年，隨著更多科學家知道和利用它，越來越多功能性玉米將成為餐桌上的美味。

玉米數據庫在育種中屢次立功

天然玉米的油脂含量只有4%。為了獲得高油玉米，美國育種專家用了100年將這一指標提高到20%;20世紀80年代我國育種專家宋同明教授采用新的思路進行遺傳改良獲得這一結果，只用了8—10年。這里面的科學原理是什么，誰都不清楚，而且專家們爭論也很大。

2013年，嚴建兵團隊利用ZEAMAP數據庫，在世界上首次提出：基因組水平上微效多基因的累加是油分長期改良的遺傳學基礎。這篇發表在《自然遺傳學》雜志上的高引用論文，解決了專家們的這一紛爭。

沿用這一思路，嚴建兵團隊再次采用ZEAMAP數據庫，將甜玉米的維生素E提高17%以上，最高可達2.5倍。這一成果率先在廣東進行轉化，目前高維E甜玉米品種包攬廣東甜玉米的半壁江山，占據了全國甜玉米20%的市場。這一成果摘得2016年度國家科技發明二等獎。

嚴建兵還參與了一項“生物強化”計劃，為預防兒童夜盲癥，選育富含維生素A源的玉米新品種。ZEAMAP數據庫再次立功，通過選擇高維生素A源種質材料，使玉米中的維生素A提高到8微克/克。

本報記者 劉志偉 通訊員 蔣朝常

關鍵詞： 玉米數據庫