自上世纪末人类基因组被测序以来,整个生命科学研究至今都处在“基因组浪潮”中。同样,自20世纪末和本世纪初双子叶十字花科植物拟南芥和单子叶禾本科作物水稻全基因组序列被精确测定以来,植物科学研究也一直处于“基因组浪潮”中。迄今已发表的全基因组被测序的植物有大约355种(包括被子植物、裸子植物和藻类),人类认识植物的遗传多样性,植物的遗传、生长发育以及生理、物质能量代谢的规律不再是依据简单的实验观察和描述,而是能够基于基因组数据,系统深入地解析植物复杂生命现象的内在规律,植物基因组学的快速发展极大地推动了整个植物科学的发展。可以说,研究植物基因组学已成为植物科学研究的核心,特别是植物分子生物学和遗传学研究的核心。虽然我本人和我的实验室一直从事水稻基因组学研究,也在不断追踪和探索最新的植物基因组学的研究方法和技术,但是,我认为我们一直缺乏一本系统、前沿和权威的植物基因组学的教科书。幸运的是,浙江大学农学院樊龙江教授和他的团队,历经数年精心编写了这本《植物基因组学》教科书,我很荣幸能先睹这部巨著的书稿,也非常高兴为该书作序。

樊龙江教授有多年从事植物基因组学和生物信息学教学的丰富经验,也有多年从事植物基因组学前沿研究的经历,更主要的是他有编写这部教科书的热情和强烈的责任感。我读下来,感觉这是一本系统、全面和前沿的植物基因组学教科书,语言简洁、可读性强,是能够为越来越多的有志于从事植物科学研究的大学生、研究生以及青年科研人员提供从入门到独立开展植物基因组学研究的指导参考书。值得向广大读者推荐。该书包括了《总论》和《各论》两部分。《总论》系统地介绍了植物基因组研究的内容和最新方法,我认为是该书的核心部分;《各论》则重点介绍了一些模式植物或重要作物的基因组测序、注释分析、进化起源等最新研究成果,是典型的“案例”分析,对有一定研究基础的研究人员特别有帮助。

当读者手捧这本书的时候已经能够看到该书的主要章节,我不需要在这里一一详述。我想强调,植物基因组学的核心内容是基因组测序和功能分析,但是如何实现高效、准确的植物基因组测序和组装分析,以及准确的基因组注释和功能分析是非常有挑战性的。一方面,由于植物的遗传多样性大,基因组重复序列多,一些多倍体植物基因组大、结构更加复杂;另一方面,基因组测序技术发展快速、基因组学研究方法也不断改进。DNA测序技术迄今经历了三代的发展。DNA测序技术成熟于上世纪70年代中后期,随后的20多年第一代测序技术完成了人类基因组测序,并逐步诞生了高通量第二代测序技术。近年来,单分子等第三代测序技术开始出现,测序成本不断降低,也预示着测序技术应用更广。基因组注释是利用生物信息学方法和工具,对基因组所有基因和其他结构高通量注释(如,重复序列的识别、非编码RNA的预测、基因结构预测、基因功能注释、假基因的识别和物种个性化信息分析),是当前基因组学研究的一个热点。该书对这些植物基因组研究的主要内容和方法特点都有详细的阐述,这些有助于读者较为全面了解和掌握植物基因组学的研究技术方法。群体基因组学将基因组概念和群体遗传学理论体系相结合,有助我们从基因组水平上更好地理解群体的进化分化历史和地理分布规律。而全基因组重测序和高通量基因分型技术的发展,促进了群体基因组学研究的飞速发展,解决了许多重要的植物科学问题:揭示物种起源驯化之谜,通过全基因组关联分析鉴定控制作物重要农艺性状的位点,解析杂种优势遗传基础,探究植物环境适应的机制。这些前沿研究的进展和研究方法也在书中有详尽的介绍。

我相信随着更长、更精确的测序技术的发展,将能够获得更完整更高质量的植物基因组参考序列,植物遗传多样性之谜也将随着植物泛基因组的深入研究和基因组、表型组等大数据分析技术的发展被逐步揭开。而目前的基因组研究技术已经为植物基因组序列多态性、植物进化和作物驯化、基因定位、基因组高效编辑和基于全基因组信息的作物遗传育种提供快速精准的信息,从而推动整个植物科学的发展。我希望这本教科书能引导更多的大学生、研究生喜爱植物基因组学这门新兴和朝气蓬勃的学科,也从中受益良多。


(中国科学院国家基因研究中心主任、中科院分子植物科学卓越创新中心主任/中科院上海植物生理生态研究所所长,中科院院士)

写于上海,2019年11月11日