前言

天然橡胶是现代社会的基础工业原料和重要战略资源，在全球经济竞争和军事竞争中占有重要地位。新中国成立后，周恩来等党和国家领导人曾高度重视橡胶工业发展，但受自然条件等因素限制，国内天然橡胶需求依赖进口的局面一直无法改变。

杜仲（Eucommia ulmoides Oliv.）是我国特有的除三叶橡胶（Hevea brasiliensis Muell.-Arg.）外具有巨大开发前景的优质天然橡胶树种。杜仲橡胶资源是我国十分重要的国家战略储备资源。研究表明，杜仲橡胶具有其他任何高分子材料都不具备的“橡胶—塑料二重性”，可开发出独具热塑性、热弹性和橡胶弹性的新功能材料。新材料具有低温可塑、透雷达波、储能、吸能、换能、减震、形状记忆等多种特性和功能，在高铁制造、精密仪器、国防军事、汽车轮胎、运动医学等重大国计民生战略领域已经试验成功并取得多项技术成果。用杜仲橡胶制造的汽车轮胎，具有抗撕裂、耐磨、滚动阻力小等优点，油耗降低2.5%，使用寿命提高20%，安全性能大幅提高。1吨杜仲橡胶轮胎可以减少70吨汽油消耗，被国际社会誉为安全、长寿、节能的“绿色轮胎”。预计未来可以广泛应用于航空航天、国防和军工、交通、通信、医疗、电力、水利、建筑、运动竞技等领域。站在国家安全和发展战略性新兴产业的高度，发展杜仲橡胶产业是切实解决我国天然橡胶资源匮乏的有效途径，也是保障我国橡胶工业健康发展的有力措施。

此外，杜仲的皮、叶、花、果还富含活性物质，具有很高的食用和药用价值，在降血脂、降血压、防辐射和防癌变、抗衰老、预防心脑血管疾病等方面具有显著功效，是开发现代医药、保健品、功能食品、功能饲料等的优良原料，已经被列入国家药典和国家新资源食品目录。围绕杜仲橡胶、医药保健、饲料食品、生态建设四大主导产业，未来将有可能形成以杜仲为基础工业原料的、具有我国自主知识产权、直接产值数千亿元、间接关联产业产值数万亿元的战略性庞大绿色产业集群。

杜仲是我国特有的珍贵孑遗树种，目前世界上99%的杜仲资源分布在我国。与三叶橡胶种植区土地紧张、生态矛盾突出的状况不同，杜仲在全国27个省份均有分布，适合发展的荒山荒地达到1000万公顷以上，发展潜力极大。目前，我国在杜仲定向育种、栽培模式以及杜仲橡胶提取技术、杜仲橡胶及相关产品研发等方面取得了革命性突破，特别是育种和栽培模式的创新，为现代杜仲产业发展奠定了基础。但杜仲分子遗传学研究和分子育种方面的理论基础研究相对薄弱，传统的林木遗传育种研究方法难以突破杜仲硬橡胶形成机制和高效合成机理、药用成分的高效合成机理、抗病虫害和广泛适应的分子基础、分子机理，从而难以大幅度提高杜仲橡胶的产量和药用成分的含量，使得杜仲产业快速健康发展的关键技术瓶颈难以突破。目前，生命科学前沿已经逐步过渡到通过基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学等组学水平的研究，提供大量选择育种和功能基因挖掘的机会，这是一个时代研究模式的转变和技术的又一次革命性突破。通过对杜仲全基因组序列信息的全面解读，将为杜仲橡胶高效合成、药用成分高效积累机理、提高杜仲抗逆性、揭示杜仲广泛适应机理、破解杜仲性别决定模式、研究杜仲的起源和进化提供重要的理论依据。

2012年7月，中国林业科学研究院经济林研究开发中心在武汉未来组生物科技有限公司技术支持下，由山东贝隆杜仲生物工程有限公司和中国林业科学研究院经济林研究开发中心提供资金支持，启动了杜仲全基因组测序和精细图绘制项目。杜仲的栽培历史悠久，资源交流频繁，杂合度高；基因组大，重复序列比例高，为复杂的植物基因组。采用常见的第二代测序技术，在杜仲基因组组装过程中遇到了前所未有的困难，经过中国林业科学研究院经济林研究开发中心的科研人员和武汉未来组生物科技有限公司技术人员的共同努力，克服了许多技术困难，在杜仲全基因组的测序和精细图绘制方面取得了突破性研究成果。该项目的成功使得杜仲成为目前为止我国第一个完成全基因组测序的木本药用植物。

本研究首次在木本植物全基因组测序中结合第二代测序技术和第三代测序技术，攻克了杜仲基因组高杂合度、高重复所带来的组装困难问题；获得了大量杜仲橡胶合成途径中的功能基因家族，将加快高产胶杜仲新品种培育，有效降低杜仲橡胶产业化成本，促进杜仲产业的健康快速发展；挖掘了大量杜仲药用成分相关的功能基因家族，为筛选和培育杜仲高药用成分新品种提供了坚实基础；发现了杜仲雌雄性别有关的基因，开发了相关的分子标记，为杜仲性别早期鉴定提供了有效的方法；发现了杜仲抗逆性和环境适应性相关的功能基因，揭示了杜仲适应性强的分子机制；揭示了杜仲的系统发育地位。本研究成果对突破杜仲橡胶高产技术和现代中药育种技术、科学指导新型杜仲橡胶资源培育等都具有十分重要的里程碑意义。

著者

2014年10月15日于郑州