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“深圳拟兰基因组与兰花的进化”重大科研成果新闻发布会

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本期预告

“深圳拟兰基因组与兰花的进化”重大科研成果新闻发布会

  2017年9月14日(星期四)上午9:00,在市政府新闻发布厅(市民中心B区1039室)举行“深圳拟兰基因组与兰花的进化”重大科研成果新闻发布会。

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  主持人:尊敬的各位领导,媒体朋友们,大家早上好!

  欢迎大家来到新闻发布会现场,感谢各位媒体朋友对市兰科中心“深圳拟兰基因组与兰花的进化”重大科研成果给予的高度关注与大力支持,感谢大家前来参加今天的新闻发布会。

  兰科中心经过多年科技攻关,取得了具有世界影响力的科研成果,领衔国际科研团队以“深圳拟兰”为突破口,通过对深圳拟兰进行全基因组测序以及“小兰屿蝴蝶兰”“铁皮石斛”全基因组重测序,并结合其它兰科和非兰科植物的转录组及其基因功能分析,揭示了兰花的起源及其花部器官发育和生长习性以及多样性形成的分子机制和演化路径,成功解开了困扰人类一百多年的兰花进化之谜。研究成果于北京时间2017年9月14日零时刊登于国际顶级科学杂志Nature《自然》,向全世界公开同步发表。

  为了让媒体朋友和社会公众了解有关科研成果情况,今天,我们在这里专门召开新闻发布会,向大家通报科研成果有关信息。

  首先,请允许我向大家介绍一下担任今天发布会的发言人和出席的嘉宾,他们是:

  国家林业局野生动植物保护与自然保护区管理司:郭红燕处长;

  广东省林业厅野生动植物保护处:管千景调研员;

  深圳市委常委,市政府党组成员:刘庆生;

  深圳市国资委:胡朝阳副主任;

  深圳市投资控股有限公司:杨红宇副总经理;

  深圳市兰科植物保护研究中心:刘仲健主任;

  欢迎大家的光临。

  今天的新闻发布会总时长约为45分钟,我们的安排是:先请市兰科植物保护研究中心主任刘仲健教授向大家介绍科研成果情况;国家林业局及市政府领导分别介绍该科研成果的意义;接下来进入媒体互动环节,媒体朋友可以就自己关心的问题进行提问。

  现在,进入第一项议程,请市兰科植物保护研究中心主任刘仲健教授向大家介绍科研成果情况。

  刘仲健:尊敬的庆生常委,各位领导,新闻界朋友,现在我介绍一下深圳拟兰基因组和兰花进化的研究成果主要的概要。大家看到了,兰花具有非常多的多样性,各种形态和颜色,种类非常多,大概有880属近3万种,占开花植物物种的10%,全部野生兰花都是受《国际贸易公约》保护。

  兰花还有一个特点,它几乎栖息于世界全部生境,陆生、附生、腐生的生活习性,能够适应不同的气温、温度与光照条件。达尔文提出进化论后,迫切需要一个模式性的类群来验证物种起源的假说,所以他选择了兰科植物。并于1862年首次出版了Fertilisation of Orchids。但是有两个问题一直困扰着他:为什么兰花物种数量如此丰富,兰花的花怎么进化而来的。

  达尔文提出兰花进化假说,他认为自然选择的理论使兰花很高的物种多样性是由于多样、多种的传粉者塑造而成。他认为是传粉昆虫与兰花之间的相互适应推动了兰科植物成种。同时达尔文就花结构起源提出了同源性解说,他认为兰科植物应该是最早的“假”兰,就是我们今天说的拟兰,具有独立分开的雌蕊、雄蕊结构,没有被修饰过的花被片,散生的花粉块。

  所以达尔文猜想认为兰科植物花的结构进化方向应该从简单到复杂,从辐射对称到两侧对称,雌蕊和雄蕊从离生到合生。为了验证达尔文这个猜想并解决困扰世界150多年的难题,深圳拟兰是理想的研究材料,深圳拟兰与“真的兰花”相比,它具有原始的性状,接近于达尔文推测的假兰。具有辐射对称的花被片、无特化的唇瓣结构、雌蕊、雄蕊分离、花粉散生为粒状,植株地生。所以开展深圳拟兰基因组测序研究工作,能够使我们从分子角度解开困扰科学家一个多世纪的重要难题。

  我们对深圳拟兰进行测序,采用了新的技术,是二代、三代和10×genomics数据进行混合组装,同时大样品对五个亚科的代表物种进行转录组和非兰科植物相近的物种用于功能分析。我们今天给大家提供的分析结果就是三个兰花的基因组和100多个转录组,包括验证、功能分析。

  通过新的技术,我们取得了非常高质量的组装结果。同时也对我们组装结果的编码蛋白做了注释分析,拟兰有21841个编码蛋白。也得到了转录数据的支持,证明了我们组装是非常高质量。

  这是通过分析和研究,我们发现现在的兰科五个亚科共享了一次全基因组复制事件,也就是说现存的兰花祖先在6600万年前大灭绝事件发生之前发生了一次全基因组复制事件,是为兰科植物增加了多一套基因,开启了现今兰花的起源。

  这就是我们通过全基因组复制事件,解决了兰花是怎么起源的,这一点是我们这里一个重要的发现。

  而基因组这个复制事件以后,他很快分化成五个亚科,帮助了兰花的祖先躲过了第三次生物大灭绝事件,并通过基因的收缩域扩张,迅速适应了新的生态环境。因此我们现在所看到的兰花都是恐龙灭绝时期幸存下来的兰花的后代。由于大灭绝事件对很多的物种都灭绝了,留下了很多空间,所以兰花抓住了这个空间,迅速的占领了世界的生境。

  同时我们发现了兰科的祖先基因工具包与基因池,兰科植物是有474个特有的基因家族,这个就是重建了兰科植物基因家族进化的历史和相关性状的分子机制,这就是兰花怎么来的,哪些基因控制的,它的工具包被给我们找到了。

  同时揭示了兰科植物繁殖器官的起源与进化,它都是由MADS-Box基因控制,通过对蝴蝶兰、拟兰、水稻的相关基因分析,锁定了控制繁殖器官性状的关键基因。一个是合蕊柱与唇瓣的进化。唇瓣的进化是兰花进化里面一个里程碑式的进化,他使得兰花变成两侧对称,来适应昆虫传粉。增加了传粉的准确性。同时这个发现也修正了人们对兰花的进化或者对物种的进化由辐射对称向两侧对称这个认知,使兰花从两侧对称向辐射对称演化。

  同时MIKC*与花粉的发育相关。除了拟兰以外的兰科植物中丢失,使得花粉粒从分离向黏连转变,这是兰花进化史上一个关键的创新。花粉块的进化,降低了后代的差异,使得群体同质性。花粉快只能是个体之间传播,而使得基因流传播受到隔离,推动了物种形成。

  种子从有胚乳向没有胚乳的进化,主要是这个基因缺失了Mβ同源性基因,使得兰花的种子缺乏胚乳,使得它可以非常远传播,并且可以落在树干上或者石头上进行生长。

  同时我们发现兰科植物,拟兰或者跟水稻对于地生的兰花和长在石头、树上的兰花的根的分化,由于缺少了AGL 12这个基因。并且ANR1基因收缩,使得兰花从地生向附生转化。通过根的变化吸收空气中的水分来使得自己在这样恶劣的环境下生存,环境的差异也促动的物种多样化形成。这个是通过基因我们也解决了这个问题。

  主要贡献有四个方面:

  第一,揭示了兰科植物的进化历程,解决了百年来困扰着达尔文和科学界的疑惑:起源后发生的一次全基因组复制事件帮助其躲过了大灭绝事件,其后快速多元化,通过特殊的形状特征占领了生态位,增加多样性。

  第二,突破常规认知花从辐射对称向两侧对称的进化,由简单向复杂进化,兰科从全基因组复制事件后形成“真”兰花,随后由于部分基因丢失,形成“假”的兰花,从两侧向辐射对称,花的器官从复杂向简单进化。

  第三,作为兰科植物工具包直接用于演化、资源保护和分子生物学领域研究,识别出控制核心性状关键基因,可以为分子育种提供关键的靶点。

  第四,对于推动兰花相关产业链发展,提高我们在生物学、生物多样性领域研究水平具有重要意义。

  通过这次的成果发表,我们可以看到第十九届世界植物学大会刚刚在深圳顺利成功举办,给世界展示了深圳的力量。在这个研究成果发表之际,我们已经开展了深圳香荚兰、兜兰、墨兰、血叶兰等兰科植物测序分析工作,给基因组数据带来更多更前沿的研究成果,全面展示深圳的科技创新能力,为深圳植物学研究领先地位打下基础。

  这是我们成果有几个单位:包括根特大学、台湾成功大学、中科院植物所、华南农业大学、日本崎玉大学、福建农林大学、清华大学。在这里我们特别感谢国家林业局、广东省林业厅、深圳市林业局、深圳市国资委、深圳市投资控股公司、深圳市财政委、深圳市科技创新委、深圳市人居环境委和深圳市经济贸易和信息委。同时我们特别鸣谢深圳市的领导,市委常委刘庆生同志,同时也感谢原深圳市常务副市长刘应力先生和国家林业局原副局长赵学敏先生。我的汇报结束,谢谢大家!

  主持人:接下来有请国家林业局野生动植物保护与自然保护区管理司郭红燕处长发言。

  郭红燕:尊敬的刘常委、各位领导、各位来宾、媒体朋友们,大家上午好!

  我非常高兴参加此次新闻发布会。并代表国家林业局,向兰科中心取得的具有世界影响力的科研成果表示热烈的祝贺!对各位来宾、各有关部门同志对兰科植物物种保护工作给予的大力支持表示衷心的感谢!

  兰科植物是植物界第二大家族,单子叶植物第一大家族,是生物多样性的重要组成部分,不仅具有珍贵高雅的观赏价值,而且还具有很重要的食用、药用和经济等价值,是国家重要的种质资源。联合国自然与自然资源联盟联合各国将世界上所有的兰科植物列入《国际贸易公约》物种保护名录进行重点保护。中国政府历来十分重视兰科物种的保护工作,国家林业局将兰科植物作为全国野生动植物保护与自然保护区建设功能规划15个优先物种进行保护,为了扎实做好兰科物种的保护工作,国家林业局在深圳成立了“全国兰科植物种质资源保护中心”,积极开展兰科植物种质资源的保护工作,取得了卓越的成效。今天我们在这里就可以足以见到他们的成效。

  深圳市政府及有关部门高度重视兰科植物保护工作,并大力支持深圳市兰科植物种质资源保护中心开展兰科植物的保护研究工作,在各方面为兰科植物保护研究提供有力保障。深圳市兰科植物保护研究中心自成立以来,在兰科植物保护研究方面做了大量卓有成效的工作,取得了大量丰硕的科研成果,有些科研项目成果不仅在国内,而且在国际上都产生了重大的影响。

  兰科中心领衔国际科研团队以“深圳拟兰”为突破口,通过对深圳拟兰全基因组测序以及“小兰屿蝴蝶兰”“铁皮石斛”全基因组重测序,并结合其它兰科和非兰科植物的转录组及其基因功能分析,揭示了兰花的起源及其花部器官发育和生长习性以及多样性形成的分子机制和演化路径,成功解开了困扰人类一百多年的兰花进化之谜。

  这个研究在世界上首次完整重建了兰花进化的基因工具包和演化的路线图,揭示了兰花的起源及其花部器官发育的分子机制,更正了人们对兰花进化的传统认知,填补了植物学研究的多个空白,为植物进化生物学研究提供了数据基础和重要借鉴,为兰科植物形态特征的功能研究提供理论依据,为兰花保护提供重要科学的理论指导,为世界上其它相关研究提供全新的起点和平台。该研究成果对于促进兰科植物保护、药用资源开发、品种创新,推进相关产业链的发展都具有重大的意义。最后,希望兰科植物在深圳得到更好的保护和研究,同时也希望植物学家们继续努力,为我国的濒危物种研究工作作出更大的贡献。

  在此我也拜托各位媒体朋友,通过你们的宣传,让每一个民众能能够认识到野外的每一株植物,不管像兰花这么重要的物种还是说一个普通物种,其实他在自然生态系统中都有着它非常重要的作用甚至不可替代的作用,每一个都在发挥着它的功能,所以对野外的植物我们都不要采它,我们只是观赏它、欣赏它,让自然生态系统能够按照本来规律不断地完善、不断地修复,最后再次感谢大家!谢谢!

  主持人:我们进入第四项议程,有请深圳市委常委,市政府党组成员刘庆生谈谈科研成果对于城市建设与发展的意义。

  刘庆生:尊敬的郭处长、管处长、各位来宾,尊敬的记者朋友们,大家上午好!

  首先欢迎大家出席“深圳拟兰基因组与兰花的进化”重大科研成果新闻发布会。在这里我代表深圳市委、市政府对参与本次新闻发布会各位来宾和记者朋友表示热烈欢迎,也借次机会对国家林业局、省林业厅长期以来对深圳支持和指导表示诚挚的谢意,对长期以来为深圳科技创新发展作出贡献的科技工作者表示衷心的感谢!

  兰科植物是植物界中最大和最进化的类群,全部种类列入濒危野生动植物国际贸易公约(CITES),其独特的生存策略对研究生物多样性、加强野生动植物保护具有重要的启示,因此,开展兰科植物保护和研究是一项极具科研和社会价值的事业。深圳市委、市政府一贯注重和支持濒危兰科植物物种的保护和研究工作。经过科研工作者多年默默耕耘,深圳市在兰科植物保护和研究方面已经走在世界前列。

  适逢第十九届国际植物学大会胜利闭幕不久,我们迎来了市兰科植物保护研究中心科研成果登顶的好消息,可谓是可喜可贺!兰科中心领衔国内外多家科研院所和高校,以“深圳拟兰”为突破口,通过对深圳拟兰全基因组测序,以及“小兰屿蝴蝶兰”“铁皮石斛”进行全基因组重测序,并结合其它兰科和非兰科植物的转录组及其基因功能分析,揭示了兰花的起源及演化机制,成功解开了兰花进化之谜,取得了突破性成果。研究更正了人们对兰花进化的传统认知,填补了植物学研究的多个空白,为植物保护和进化生物学研究提供了科学数据和重要借鉴。成果对于促进兰科植物保护、推动我市植物学科学发展具有重要意义,也可以说这是深圳对世界植物学作出新的重大贡献。

  深圳是改革开放的城市,是科技创新的城市,我们希望有更多的单位像兰科中心一样抢占科学的制高点,努力攻关,不断推动深圳市的科技进步,取得更多科技成果,造福社会,造福人类!

  谢谢大家!

  主持人:谢谢刘庆生常委,现在进入互动环节。请各位媒体朋友在提问时先介绍您所代表的新闻机构和自己的姓名,同时,为了让其他媒体朋友能够在有限的时间里也有提问的机会,建议每位媒体朋友只提一个问题。

  记者:大家好!我是来自中国经济时报的记者,有两个问题分别请教一下郭红燕处长和刘庆生常委,请教郭红燕处长的问题是,技术进步能否在一定程度上降低兰花的培育难度,拟兰市场目标现在消费主体有哪些?请问刘庆生常委,未来如何推动兰花产业发展,让兰花走进百姓的家门,就是和我们更加贴近一些?谢谢!

  郭红燕:你这个问题非常的引人关注,但是我觉得你这个问题是特别具体的问题。我想可能让刘主任回答这个问题会更让大家满意。

  刘仲健:你刚才提到这个问题,关于兰花产业化的问题。通过技术进步,兰花这个产品是通过有性繁殖或者杂交以后,但是这个不足以满足未来的市场需求,这个需要我们通过基因组找到它调控的基因,对某些性状的追求,比如某些基因加强,让这个物种更加多样性,满足市场需求。这一点应该可以在不愿的将来可以做到。

  刘庆生:兰花在我的印象里,30多年前实际上兰花已经进入中国居民的家庭,品种很少。随着时间推移,十多年来,花式繁多的各种美丽的兰花已经和市民生活息息相关,密不可分,无论是在公共场所还是在许许多多家庭,无论是在我们传统佳节还是在平常时节,很多家庭都种植兰花,都购买兰花,所以可以这样讲,在深圳,兰花已经普及,已经是我们美化生活不可或缺的重要的植物。从去年年底开始,我们在酝酿,也同时作出一个决策,就是在深圳通过若干年的努力,把深圳打造成为世界著名花城,这是我们举全市之力推动这项工作。打造花城过程当中,我们会选取若干具有深圳特点的各种植物来点缀我们城市、美化我们城市,我想其中兰花是不可或缺的重要物种。我们这次搞的新闻发布会,是在兰花这样一个科目上深圳作出了新的贡献。我想我们在打造世界著名花城过程当中,我们更有理由、更有条件把兰花更多的和市民群众生活结合起来,使它结合的更紧密,让我们生活更美好。谢谢!

  记者:我是广州日报的记者,请问刘教授,接下来咱们科研团队在兰科植物研究领域还有哪些新的方向?

  刘仲健:这个真是我们下一步要做的工作。我想今天发布这个成果是我们国际兰科植物基因组重大项目的成果之一,我们接下来会把兰科植物其他的五个亚科进行,完成基因组测序,同时建立兰科植物演化大的数据平台,开展兰科基因组测序和基因组的编辑计划。未来我们希望能够通过这个分子的工具去组装我们新的兰花,刚才正如我们刘常委所说的,我们希望按照不同市民的一些需求,来定制我们的兰花。谢谢你!

  记者:刘主任你好,我是广东电视台的记者,咱们整个科研团队既有国内,也有国外,加起来总人数大概是多少?第二个问题问一下,可能百姓更加关心这么大的科研成果对于咱们药用或者观赏是不是有什么意义?比如说可以改变花的形状,就像您刚才讲的定制。

  刘仲健:谢谢你的这个问题,你提这个问题是非常有趣的。我想我们接下来要做的工作可能跟我们团队分工也是有关系。我们这个文章有30多个作者,17个单位,像我这样是代表了好多个单位。当然了,这个工作主要是由我们深圳市的科学家完成的,国外的一些团队是做某一些子项的分子工作。这个团队虽然多,但是主要工作还是在我们深圳完成的。所以深圳在拥有整个成果技术的过程中,我们接下来会把这些技术应用到下面的研究工作领域,来满足我们包括产业的开发,甚至药用兰科植物里面的成份筛选工作,这些工作都为我们提供了基础,并且我们在这个基础上已经有了初步的一些成果。谢谢!

  记者:我是深圳特区报的记者,为什么深圳拟兰全基因组测序会如此重要?解决了哪些达尔文的困惑?谢谢!

  刘仲健:这个问题我来回答。深圳拟兰,拟就是相似,真正以前叫假兰,大家看那个兰花看起来是根本不像兰花,但是它确实是具有达尔文所推测的是没有分化的唇瓣,拟兰的原始形状相对于我们真正的兰花,刚才我们谈到了它的复杂性。所以我们当时考虑,经典的一个方法从简单入手,判断这个基因由简单向复杂进化来看这个兰花的进化。事实上通过基因组测序,我们发现了兰花的起源,这个问题解决了。困扰了为什么兰花那么短时间内大量爆发,是因为有基因组复制,一复制就非常的完善现有的兰花。这是解决了达尔文困惑的同时,也更正了他对兰花进化路线图的认识,比如说他认为由拟兰向树兰亚科进化,实际上是反过来,树兰亚科形成后,跟荷兰拍卖花卉一样。同时这里面也解决了生物学体态的演化,由辐射对称向两侧对称这样一个传统的认知。兰花两侧对称向辐射对称是一种反演化,使得它可以吸引更多的。同时兰花设计的器官为什么那么精巧,是当时达尔文那个时代认为人是做不出来的,只有上帝才能够创造这个兰花。事实上不是,而是他自身的基因调控结果。这个就是我们这次通过拟兰来在基本理论的突破和修正方面有重大的发现,同时也是为普罗大众对于生物演化提供了一个常识。谢谢你!

  记者:大家好!我是晶报的记者,我有一个问题问一下刘教授,这个科研成果整个团队花费了多长时间做研究?这个科研成果对于我们资源保护是怎样的具体体现?

  刘仲健:兰科植物的研究,同时也受到很多条件的限制,比如取材各方面。我们的成果是从2008年做到现在,可以说是十年磨一剑,今天终于作为深圳市有一个突破性的成果在全世界公布。大家看一下今天BBC,还有好多全世界重要的媒体已经是做了报道,这个是作为我们深圳本土的科学家能够做这样的成果,跟深圳的创新、城市的氛围和领导的重视支持是分不开的。包括我们2008年由市领导启动的国际兰科基因组重大计划,包括国家林业局的支持,后面也得到了市委常委刘庆生同志的支持,跟领导的支持,同时科学家耐得住寂寞,可能才有突破。

  这个成果对于这个物种的保护它的作用是肯定有非常明显的作用。第一,从基因组,知道兰花的秘密。同时我们可以通过数据管理、数据调控监控,对整个兰花有基本大数据的管理情况下,开展物种的保护。也了解了它的基因表达的模式,这个对保护生物也是一个很重要的创新。谢谢!

  主持人:各位记者朋友,按照预定的时间安排,今天的新闻发布会圆满完成了各项议程。我相信很多媒体朋友还想进一步了解“深圳拟兰基因组与兰花的进化”有关信息,请各位媒体朋友参考我们提供的会议资料,接下来可以进行深入采访。

  今天的新闻发布会到此结束。谢谢大家!

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