2012年,浙江大学第一次开设“植物基因组学”本科生课程。根据当时制订的教学大纲,该课程应针对植物基因组特征,讲解已积累的植物基因组学知识和最新研究进展。但时至今日,尚找不到一本配套教材!虽然目前已有一些基因组学方面的教材,如杨焕明和杨金水分别主编的《基因组学》。T.A.Brown的《基因组》等,但这些教材都属于综合性教材,针对性不够强。第一个植物基因组20年前就已测序完成,同时近十年来大量基因组被测序,我们对植物基因组的认识已相当深入。但至今没有一本教材对这些知识进行总结,实属意外。我只有根据自己在植物基因组方面的研究经历,梳理和总结国内外相关成果,并组织教案。本书在此基础上编写而成。
我大概是从1999年开始了解植物基因组,而真正接触植物基因组是在2001年加入郝柏林院士的水稻基因组研究小组之后。由于有了水稻基因组的最初基础,后来就一直围绕水稻开展基因组研究。2005年我们实验室发表了第一篇植物基因组论文,证实水稻进化过程中经历了两次全基因组加倍过程(Zhang et al., 2015)。这是我独立开展植物基因组研究的最初经历。后来陆续开展了水稻相关物种(如杂草稻和稻田稗草等)基因组测序与非编码RNA分析等工作。这些研究经历使我编写本教材成为可能,同时也有了许多第一手资料。水稻与拟南芥一直领跑植物基因组学研究,为本教材编写提供了许多有趣案例。此外,我的生物信息学教学和科研经历,使我能更好地跟踪基因组学技术前沿及其在植物学领域的应用进展。
为了更好组织本教材内容,本书借鉴了经典教材《作物育种学》(赵洪璋主编)总论和各论的组织方式,即从纵横两个角度介绍植物基因组学的相关内容。总论包括15章,主要介绍植物基因组学基础理论和方法,按照植物基因组测序拼接、转录、功能、进化和利用等脉络分章,兼顾植物群体和细胞器基因组等主题,同时努力囊括目前植物基因组学最新研究前沿,如单细胞基因组、三维基因组和合成基因组等。总论篇提供了植物基因组的一个总体概貌和共性知识,即一个纵切面。各论着重介绍具有代表性的植物物种基因组。代表性物种主要包括模式植物(拟南芥)、重要农作物(水稻、玉米、小麦、大豆、棉花、油菜、蔬菜、林果等)和早期主要进化节点植物(非维管束植物),分10章进行介绍。各论篇展现了植物基因组的多样性和异质性,即若干横切面。限于篇幅,尚有许多重要和有趣植物物种,本教材未能涉及,只能有待以后补充了;同时,大量参考文献和大部分附录内容只能列为二维码内容。
有关专家学者对本教材相关章节进行了审阅(按姓氏笔划):王希胤、王晓武、田志喜、朱乾浩、严建兵、李国亮、吴为人、张天真、张忠华、钱前、徐强、徐云碧、凌宏清、郭亚龙、黄三文、黄学辉、葛颂、储成才。他们在百忙之中认真审阅,并提出许多宝贵意见。此外,方磊、徐建红、李响等许多同事帮助修改了有关章节内容,翁溪坊、孙砚青、孙硕、刘芳杰、丁昱雯、徐希、蒋知妍、陶天怡、龚杭荻、丁菁雯等参与材料收集、整理和翻译等工作,一并表示感谢。我本人主持编写了第1-1、1-3、1-6、1-10、1-14、2-1、2-2、2-4、2-10章和附录2,参与了若干其他章节的编写,并进行全书统编和统稿。参编者中邱杰为主编写了第1-7章;毛凌峰为主编写了第1-2、1-9、1-15章,参与第2-7章和附录1的编写;叶楚玉编写了第1-11章,参与第1-3和2-9章的编写;陈曦编写了第1-8和1-12章,参与第1-13和2-10章的编写;褚琴洁编写了第1-4章,参与第1-5章的编写;吴东亚编写了第2-8章,参与第2-1章等的编写;贾磊参与编写了第1-14章,陈美虹参与编写了第2-9章、附录1和全书统编,沈一飞参与编写了第1-14章等,沈恩惠参与编写了第2-7章等,陈洪瑜编写了第2-3章,朱新恬编写了第2-5章,李丹青参与编写了第2-9章,白盼攀参与编写了第1-5和2-6章。自2016年11月启动编写计划以来,本教材参编人员投入了大量时间,没有他们的参与,不可能完成如此庞大的编写内容。本书的出版得到了浙江大学研究生院的资助。
与其他生物学领域一样,植物学及其相关学科正处在基因组学发展浪潮之中,其涉及面广,技术变革日新月异。编写这样一本教材,并非易事。本教材实属勉为其难,有些诚惶诚恐。但总是要有第一本,就作为抛砖之作吧。囿于编者学识,本书难免存在不足和遗漏,同时难免以偏概全。为了能够全面总结和准确反映植物基因组学发展状况,热切希望国内外广大同行不吝赐教,以便我们再版时更正。
樊龙江
浙江大学紫金港校区启真湖畔
2019年5月16日