多项成果全球领先，中国农科院深圳基因组所成绩斐然

突破抗癌紫杉醇生物合成难题、发现水稻耐盐新基因、探明昆虫嗅觉密码找到病虫害防治方法、利用人工智能提高葡萄育种效率、古麦今用，找回小麦丢失的遗传多样性......这些国际领先的农业新质生产力成果，是2024年基因组所（大鹏湾实验室）的科学家团队聚焦国际前沿、加强重大项目科技攻关、加速占领国际农业科技高地取得的亮眼成效。

据悉，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称“基因组所”）位于深圳市大鹏新区，成立于2014年，是中国农科院在基础研究领域最重要的布局之一。2024年9月20日，在农业前沿科技和产业发展大会上，基因组所发布了岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心简称——大鹏湾实验室。

2024年，基因组所（大鹏湾实验室）发表论文541篇，同比增长41.6%，在《细胞》《自然》《科学》等国际顶级学术期刊发表论文6篇，获得授权专利41项、软著34项、植物新品种权5项、省级审定新品种2项。

1. 打通抗癌药物紫杉醇生物合成途径：解析了抗癌药物紫杉醇生物合成途中“最重要的缺失步骤”，为理解紫杉醇生物合成和进化奠定了“里程碑”，标志着我国在紫杉醇生物合成理论研究领域站在了世界领先地位。

在自然界中，紫杉醇因其药效显著和用途广泛，被誉为“明星抗癌药”，广泛应用于乳腺癌、卵巢癌、肺癌、前列腺癌、食管癌、胃癌和大肠癌等多种癌症的临床治疗。然而，天然紫杉醇来源稀缺且单一，仅能从珍稀濒危裸子植物红豆杉中提取，但红豆杉极为稀少，且生长速度缓慢，素有“植物大熊猫”之称。不仅如此，紫杉醇在红豆杉植物中的含量极低，数千棵红豆杉中仅能提取1千克左右的紫杉醇，而治疗1位卵巢癌患者至少需要几十克紫杉醇。目前，我国紫杉醇原料药主要通过从人工种植的红豆杉植物提取紫杉醇前体结合化学半合成方法获得，这种方式高度依赖红豆杉资源，成本高，产量低，很难满足我国日益严峻的癌症防控需要，还可能引发生态破坏和耕地占用等诸多问题。

2024年1月26日，国际顶级学术期刊《科学（Science）》在线发表了基因组所（大鹏湾实验室）闫建斌研究员与北京大学雷晓光教授等合作完成的最新研究成果：“Characterization and heterologous reconstitution of Taxus biosynthetic enzymes leading to baccatin III（巴卡亭III生物合成酶的鉴定与异源重构）”，研究发现了紫杉醇生物合成途径中的两个缺失的关键酶“T9αH”“TOT”，阐明了关键结构分子—紫杉烷氧杂环丁烷的形成机制，打通了紫杉醇生物合成途径。该研究成果标志着我国在紫杉醇合成生物学理论和技术上站在了世界领先地位。

2. 破译昆虫“嗅觉密码”催生绿色防控新技术：首次解析了蚜虫报警信息素受体的冷冻电镜结构，揭示了气味受体离子通道门控机制，从而为针对气味受体的新型绿色昆虫行为调控剂的研发奠定了结构基础。该研究将为实现安全、绿色、可持续的农业生产模式提供强有力的支撑。

气味，是人们选择亲近或逃离的重要判断标准，对于昆虫来说，则是它们赖以延续的生存法则。在生物学家眼中，昆虫是如何感知气味的？又是如何做出行为反应的？成了研究昆虫化学生态学的重要课题。王桂荣和他的团队一直致力于昆虫嗅觉受体的功能鉴定，简单的来说，就是找到调控昆虫行为的气味分子，然而，气味分子成千上万，找到特定行为反应的关键受体无疑是大海捞针，历经十几年的研究，王桂荣和他的团队找到了一种高通量的方法，并成功筛选得到绿色高效的昆虫嗅觉行为调控剂。

2024年6月14日，国际顶级学术期刊《科学（Science）》在线发表了基因组所（大鹏湾实验室）王桂荣团队与华中农业大学殷平教授团队、中国农业科学院植物保护研究所等单位合作完成的最新研究成果：“Structural basis for odorant recognition of the insect odorant receptor OR-Orco heterocomplex（昆虫气味受体 OR-Orco 异聚体识别气味分子的结构基础）”，研究解析了豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）报警信息素受体ApOR5-Orco异源四聚体的冷冻电镜结构，揭示了气味配体诱导的气味受体离子通道门控机制，从而为针对气味受体的新型昆虫绿色行为调控剂的研发奠定了结构基础。

3. 解码全球百年麦种多样性 助力小麦精准设计育种：引进了来自全球三十多个国家的上千份多样性丰富的小麦种质资源，构建了目前最全的小麦群体基因组变异图谱、表型组变异图谱，发现多个调控氮高效利用、籽粒营养成分、抗稻瘟病和叶斑病的新基因。该研究打通了小麦从基因组解析到育种设计的全链条贯穿体系，为全球小麦基础科研和育种产业发展奠定了重要基础。

小麦是最主要的全球性粮食作物之一，是人类获取能量和营养的重要来源。普通小麦是基因组大小约为15Gb的异源六倍体，其基因组和遗传育种研究极其复杂，被誉为作物界的“珠穆朗玛峰”。面对当前全球人口不断增长、环境气候复杂多变和小麦新品种培育的遗传增益效应逐渐减缓等一系列挑战，科学家亟需找到一条高效、精准的小麦育种之路，以培育高产优质的小麦新品种，保障粮食安全和发展可持续农业。追溯作物进化和驯化过程中已形成的遗传和表型多样性，解码和发现小麦优异性状和变异，连接目标遗传位点和育种田间真实表现，构建小麦全基因组设计育种所必需的源头数据资源和平台技术工具，是突破小麦育种障碍，培育新一代高产优质小麦品种的必然之路。

2024年6月17日，国际顶级学术期刊《自然（Nature）》在线发表了基因组所（大鹏湾实验室）程时锋团队联合英国约翰·英纳斯中心(John Innes Centre)等国内外多家优势单位完成的最新研究成果，题为“Harnessing Landrace Diversity Empowers Wheat Breeding（利用地方品种多样性助力现代小麦育种）”该研究引进了英国约翰·英纳斯中心保藏的百年前收集的来自世界三十多个国家的全套小麦种质资源（827份A.E. Watkins小麦地方品种，下称沃氏小麦；和220份全球现代品种），开展了小麦群体全基因组变异图谱构建、大规模的表型鉴定、遗传作图群体构建，以及挖掘了控制137个性状背后的候选基因、单倍型和相关变异等系列工作。该项工作追溯现代小麦品种中丢失了的遗传多样性宝库，综合运用基因组学、遗传学、生物信息学和分子生物学，量化并验证了当前小麦育种中未被利用的大量的优异变异，包括发现控制小麦高产且抗倒伏新基因、氮高效利用新基因、籽粒钙含量优质新基因、抗稻瘟病和叶斑病新基因等数千个有利遗传变异位点，开发了一整套小麦科研和育种上有用的数据资源和技术工具。

4. 发现番茄“糖刹车”基因：研究通过基因编辑两个基因，可使番茄果实糖含量增加高达30%，且不影响单果重和单株产量，该研究成果阐明了果实糖积累的调控机制，为解决番茄育种中兼顾品质和产量的难题提供了新思路。

番茄是世界上产值最高的蔬菜作物，因其风味独特而深受消费者喜爱。现代番茄育种关注产量和抗病性，风味育种缺乏有效的方法，引起消费者抱怨“番茄越来越没有番茄味了”。糖含量是影响番茄口感的重要因素，大多数消费者更喜欢偏甜的番茄。然而，因为糖含量与果实大小呈负相关，产量和品质是一个矛盾，现有番茄商业品种、尤其是大果番茄中糖含量普遍偏低。因此，如何在保障不影响番茄产量的前提下，培育美味的番茄品种是各国育种家努力追求的目标。

2024年11月14日，基因组所（大鹏湾实验室）、中国农业科学院蔬菜花卉研究所和山东省农业科学院蔬菜研究所联合在国际顶级学术期刊《自然（Nature）》上发表了题为“Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty”的研究论文。该研究通过全基因组关联分析鉴定到一个抑制果实糖积累的刹车基因CDPK27及其同源基因CDPK26，通过基因编辑两个基因，可使番茄果实糖含量增加高达30%，且不影响单果重和单株产量，该研究成果阐明了果实糖积累的调控机制，为解决番茄育种中兼顾品质和产量的难题提供了新思路。

5. 破译昆虫保湿排毒机制：揭示了昆虫及其他节肢动物所特有的ABCH 转运蛋白转运脂质和外排杀虫剂分子的机制，并获得了抑制这一转运过程的小分子，为解决农药的毒性和抗药性等农药产业中的核心科学问题提供了全新的方案

在漫长的农业发展进程中，农作物病虫害始终是悬在头顶的达摩克利斯之剑，对粮食安全构成严重威胁。据联合国粮农组织估算，全世界每年因农作物病虫害造成的产量损失高达40%，经济损失超过2200亿美元。“虫口夺粮”成为摆在人们面前的一道难题。此前，人们尝试过喷洒农药、气味引诱、引入天敌等多种防治手段，但由于抗药性的增加和成本过高等因素，导致防治效果并不理想。人们逐渐意识到，相比“万能”农药，我们更需要一种对害虫更“专一”的农药，于是，靶向农药应运而生，所谓靶向，就是以害虫为靶，针对害虫独特的结构特征而量身打造的一种农药，因其专一性强、安全高效、无污染，又被称为绿色农药。

2024年12月24日，国际顶级学术期刊《细胞（Cell）》在线发表了基因组所（大鹏湾实验室）杨青教授团队的最新研究成果，研究揭示了ABCH转运蛋白转运脂质和外排农药的分子机制，并获得了能够抑制转运功能的小分子抑制剂。简单来说，研究解析了害虫的“外部防御”和“解毒”机制，并找到了能直接用于合成绿色农药的有效成分。该研究为理解昆虫抗药性机制提供了新视角，也为设计并研发安全、低抗性的绿色农药奠定了重要基础。

6.在小鼠体内生成大鼠前脑组织：提出了一个高效的异种囊胚互补系统并首次在小鼠体内生成了功能性的大鼠前脑组织，同时揭示了异种前脑补偿嵌合体背景下细胞发育的自主性和非自主性性影响。这对于在进化背景下理解脑进化的机制具有重要意义。

2024年4月25日，《细胞（Cell）》在线发表了基因组所（大鹏湾实验室）、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）等多家单位联合完成的研究成果。利用干细胞生成功能性的器官或组织一直是干细胞研究的热点。异种囊胚互补技术使得在一物种内培育出另一种物种的器官或组织成为可能。该技术通过将多能干细胞注入到缺失关键发育基因的宿主囊胚中，由供体细胞补偿宿主缺失的器官或组织，从而培育出源自另一物种的器官。该研究首次成功在小鼠体内生成了功能性的大鼠前脑组织，将有助于科研人员从进化的角度研究大脑的发育与功能。

 

基因组所由农业农村部、中国农业科学院和深圳市政府共同支持建设。通过整合生物学和大数据科学，来认识与利用农业生物基因组，服务全球农业生产。基因组所成立了组学技术、合成生物学、植物基因组、动物基因组、生态基因组、食品科学等研究中心和相关技术平台。

成立以来，基因组所组建了1300多人的研究队伍，形成了以组学技术为核心、辐射农业、食品和生态方向的学科体系，获批“岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心”“农业农村部农业基因数据分析重点实验室”“农业农村部农业合成生物学重点实验室”“农业农村部畜禽生物组学重点实验室”等创新载体，在包括 Science、Nature、Cell 等顶级期刊在内的杂志上发表SCI论文1500多篇，以基因组设计育种育成国审、省审新品种40余个，农业基因组学等研究领域占据世界前沿。多项成果入选“‘十三五’十大农业科技标志性成果”“中国生命科学十大进展”“中国农业科学重大进展”“中国农业农村重大新技术”等。

编辑 吴诗敏 审读 白珊珊  二审 王雯 三审 陈晨