Cell一作访谈 | 番茄中的结构变异及其在性状改良中的作用

编者按

2020年6月17日，Cell在线发表了美国冷泉港实验室 （Cold Spring Harbor Laboratory）Zachary B. Lippman研究组与约翰斯·霍普金斯大学 （Johns Hopkins University）Michael C. Schatz研究组合作完成的题为Major Impacts of Widespread Structural Variation on Gene Expression and Crop Improvement in Tomato的研究论文。该项研究利用单分子测序技术 （ONT） 获得了100个番茄品系的基因组序列，建立了目前为止最高精度、最为全面的植物结构变异全集，并揭示了结构变异在进化，驯化和育种中的重要作用。鉴于该研究的重要性，我们对该论文的共同第一作者Lippman实验室王新刚博士进行了专访，请他对该项研究内容进行了讲解，并和我们分享了一些研究历程和科研心得。

BioArt：王博士您好，谢谢接受我们的访谈邀请。首先我代表BioArt编辑部对你们Cell论文的发表表示祝贺。

王新刚：谢谢。这是一个很多实验室合作的非常有趣的项目。我很高兴也很幸运能参与其中。

BioArt:请你谈一下这项工作的主要内容。

王新刚：这项工作主要是希望从群体的层面上，尽可能全面的揭示结构变异（structural variation, SV）的分布并且研究结构变异在进化，作物驯化和育种中的作用。结构变异主要指基因组中比较大段的序列变化，主要区别于平时更常提及的单核苷酸多态性（SNP）和其他小的变异。我们利用单分子测序技术（ONT）取得了100 种番茄和相关野生株系的序列，并且建立了14个高质量的新的基因组组装序列。通过与标准基因组进行比对，鉴定了这100株系的结构变异并且发现很多机构变异并没有直接破坏基因而是在基因附近，并且和基因的差异表达相关。更重要的是，我们通过对三个不同位点结构变异具体的功能研究，展示了这些变异直接参与影响了番茄的风味，果实大小以及一种重要的果实采集形状。其中的两个例，我们用CRISPR基因编辑直接证明结构变异是导致表型差异的原因。

BioArt:请你谈一下该工作解决了什么科学问题？

王新刚：遗传学的一个重要任务就是研究基因组序列差别和表型多样性间的关系。结构变异是一种重要的基因组序列差别，之前一些研究也提供了单独的实例表明结构变异对表型影响（农作物表型和人类疾病）的重要性，但是因为短序列测序技术的限制，我们对它的了解比较匮乏。近年来新的单分子测序技术进步给我们提供了平台。通过获得很长的序列，我们可以更准确的鉴定结构变异。这项研究提供了目前为止高精度的最为全面的植物结构变异 （panSV genome）。这样我们对结构变异在一个重要农作物种群中的分布有了一个全面而且准确的了解。并且我们对三个具体实例的研究进一步揭示了结构变异对表型的影响是被低估的。

BioArt:请你谈一下这项工作的意义？

王新刚：这项工作建立了第一个基于长序列测序的目前最为全面的结构变异集合。为进一步理解序列变异和表型间关系和番茄研究提供了丰富的基因组学资源。而且我们新建立的14个新的参考序列及其作用再次证明多个参考序列对未来植物研究和作物育种的重要性。这项研究提供的资源也为精准育种也提供帮助。同时我们展示了如何利用基因编辑技术研究Copy Number Variation (CNV)。相信以后很亏会有类似的工作在其他重要作物中跟进。我们利用基因编辑技术研究SV功能的例子对于其他作物中的工作也有借鉴意义。

BioArt:我们注意到，这篇文章是2020年2月6号投搞，5月12号就接受了，从时间上看整个过程非常顺利，审稿人有没有提出一些棘手的问题？

王新刚：这次文章有三个审稿人给出了评价，第一次审稿意见中大家给出了整体上积极的评价，但同时也提出了很多建设性的意见。大部分意见对我们在文章的修改过程中起到了帮助作用，使文章得到了提升。当然也有一些棘手的问题，例如审稿人在某些问题上的看法和观点和我们非常不同。对于这些问题，我们在尽量回答审稿人质疑的同时，偶尔也“据理力争”，阐述自己的观点。最终还是得到了大多数审稿人和编辑的满意。

BioArt:你认为哪些因素是该研究成功的关键？

王新刚：很多因素都起了作用，选题的方向，合适的技术等等。但对这项研究，我认为最关键的是合作。该研究主要是我们实验室和JHU 的Mike Schatz 实验室共同完成 （另外一位共同作者 Mike Alonge），两个实验室分别主要专注于生物学功能研究和计算生物学。可以说整个研究是无数次的zoom会议的结果。多名Lippman实验室成员也直接和间接参与并帮助了课题的完成。同时来自世界各地的多个实验室都作出了重要的贡献。对于如此“庞大”的课题，有效的合作必不可少。

BioArt：能否谈一下你的合作导师？我们都知道Zachary Lippman是一位很有名的植物生物学家，能简单的谈谈他在日常生活和科研工作中是怎样的一个人？

王新刚：对博后来说，Zach 是个非常棒的导师和合作者。为人非常友好，为实验室的每个成员提供最大的支持。如果有人遇到困难，总是非常理解并尽量提供帮助。他身上有很多科学家共有的品质，科研上非常专注，认真，有极大的热情和精力，和每个实验室成员都有紧密的联系，喜欢同每个人保持沟通，经常交流科研进展和体会。鼓励组内成员的想法，帮助每个人实现潜能。

BioArt:我们了解到过去你也发表了一些很好的论文，科研方面一定付出了很多，能和我们分享一下你对科研的理解和感悟吗？

王新刚：不同科研人员可能对研究有不同的理解。对我来说，科研动力很关键，我开始做科研就是源于对自然未知的好奇。当然同很多职业类似，有时也会因为工作感到很大压力，我也还在不断学习如何处理和适应这样的压力。另外，好的导师和合作者对科研有很大的帮助。我非常幸运，在博士和博后期间都遇到了非常好的导师，从他们身上关于科研和生活都学到了很多。而且在我博士和现在实验室的同事们不论是在具体的实验合作还是对问题的讨论中都给了我很大帮助。

BioArt:对以后从事的研究工作有什么想法？

王新刚：希望以后能够继续有意义，有意思的工作。希望自己的研究能够帮助解决实际问题，也希望能够回答一些基础的生物学问题。

BioArt：再次感谢王博士接受我们的采访。祝你在科研的道路上越走越好，期待你今后取得更多的创新成果。

王新刚：谢谢，祝BioArt系列公众号越办越好。

王新刚 博士

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.05.021