中國(guó)日?qǐng)?bào)北京4月26日電 （記者 王曉東）2018年4月25日，國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》雜志長(zhǎng)文將報(bào)導(dǎo)由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所牽頭，聯(lián)合國(guó)際水稻研究所、上海交通大學(xué)、華大基因、深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、美國(guó)亞利桑那大學(xué)等16家單位共同完成的“3010份亞洲栽培稻基因組研究”。
該研究針對(duì)水稻起源、分類和馴化規(guī)律進(jìn)行了深入探討，揭示了亞洲栽培稻的起源和群體基因組變異結(jié)構(gòu)，剖析了水稻核心種質(zhì)資源的基因組遺傳多樣性。這一重大成果將推動(dòng)水稻規(guī)模化基因發(fā)掘和水稻復(fù)雜性狀分子改良，提升全球水稻基因組研究和分子育種水平，加快優(yōu)質(zhì)、廣適、綠色、高產(chǎn)水稻新品種培育。
該研究是國(guó)內(nèi)外水稻研究專家大協(xié)作的重大成果，體現(xiàn)了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)在水稻基因組研究方面居于世界領(lǐng)先位置，并擴(kuò)大了我國(guó)水稻功能基因組研究國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。在擴(kuò)大開放的大背景下，重大數(shù)據(jù)共享和重大項(xiàng)目合作，為我國(guó)乃至全球農(nóng)業(yè)研究水平帶來更大的飛躍。
該研究得到了科技部“863”項(xiàng)目、“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、比爾及梅琳達(dá)蓋茨基金會(huì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程和深圳孔雀團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。該項(xiàng)目是由中國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)的，世界范圍內(nèi)的一次大規(guī)模、高水平的科研合作，項(xiàng)目產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)和測(cè)序材料已經(jīng)通過多個(gè)途徑對(duì)外公開分享。
研究背景
水稻是全世界最重要的糧食作物之一，預(yù)計(jì)到2050年，全球的稻米產(chǎn)量必需增加1倍以滿足未來人口增加的需求。而且，在全球氣候變化的趨勢(shì)下，如何培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的水稻新品種一直是育種家面臨的巨大挑戰(zhàn)。過去20多年，全球科學(xué)家已經(jīng)克隆了多個(gè)水稻基因，然而，如何將這些功能基因組的研究成果轉(zhuǎn)化為育種家所能利用的分子設(shè)計(jì)育種信息，則必須對(duì)水稻種質(zhì)資源的基因組信息進(jìn)行充分了解。“3000份水稻基因組計(jì)劃”正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生，利用新一代基因組測(cè)序技術(shù)和高性能的計(jì)算機(jī)平臺(tái)對(duì)水稻種質(zhì)資源進(jìn)行大規(guī)模的基因組重測(cè)序和大數(shù)據(jù)分析，解析水稻種群基因組多樣性的本質(zhì)，對(duì)于高效挖掘水稻有利基因、實(shí)現(xiàn)基于全基因組信息的水稻分子設(shè)計(jì)育種具有重大的理論和實(shí)踐意義，是關(guān)系著國(guó)家乃至全球糧食安全的重大戰(zhàn)略問題。
國(guó)內(nèi)外“大聯(lián)合”—“大協(xié)作”—“大共享”
2011年9月，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、國(guó)際水稻研究所和華大基因共同啟動(dòng)“全球3000份水稻核心種質(zhì)資源重測(cè)序計(jì)劃”（3K Rice Project），拉開了水稻核心種質(zhì)資源全基因組測(cè)序和基因組分析的序幕。2014年5月，3000份水稻基因組測(cè)序數(shù)據(jù)于“世界饑餓日”公開發(fā)布于NCBI、DDBJ、GigaScience、阿里云等數(shù)據(jù)庫(kù)，與全球共享。同時(shí)，基于測(cè)序結(jié)果建立了若干重要數(shù)據(jù)庫(kù)和資源：SNP和表型數(shù)據(jù)庫(kù)（Rice SNP-Seek Database）；3K 泛基因組數(shù)據(jù)庫(kù)（RPAN: Rice Pan-genome Browser）；另外，泛基因組和結(jié)構(gòu)變異原始數(shù)據(jù)將發(fā)布在Nature旗下的Scientific Data雜志上。同時(shí)，該項(xiàng)目從國(guó)際水稻研究所引進(jìn)了2400份水稻核心種質(zhì)，極大豐富了我國(guó)的水稻遺傳多樣性。目前3000份水稻種質(zhì)已經(jīng)發(fā)放給中國(guó)科學(xué)院、武漢大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等40家科研單位、高校和育種單位，發(fā)放超過4萬份次，用于大規(guī)模發(fā)掘影響水稻高產(chǎn)、抗病蟲、抗逆、優(yōu)質(zhì)新基因和育種應(yīng)用，全面開始推進(jìn)水稻全基因組分子育種。
揭示水稻種內(nèi)豐富的遺傳多樣性，從傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)育種”向現(xiàn)代“精準(zhǔn)育種”躍升
水稻種群的基因有著豐富的多樣性和復(fù)雜的作用機(jī)制，是水稻育種改良的遺傳基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來，全球科學(xué)家一直致力于闡明水稻基因組所有基因的功能及其等位基因多樣性與重要農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)，并將研究成果運(yùn)用到水稻遺傳改良中。以基因技術(shù)為核心的分子設(shè)計(jì)育種，讓水稻育種周期更短、更有針對(duì)性，代表了水稻育種的發(fā)展方向。3000份水稻（來自全球89個(gè)國(guó)家和地區(qū)）代表了全球78萬份水稻種質(zhì)約95%多樣性的核心種質(zhì)。
該研究共檢測(cè)到32M的高質(zhì)量SNPs和Indels，對(duì)亞洲栽培稻群體的結(jié)構(gòu)和分化進(jìn)行了更為細(xì)致和準(zhǔn)確的描述和劃分，由傳統(tǒng)的5個(gè)群體增加到9個(gè)，分別是東亞（中國(guó)）的秈稻、南亞的秈稻、東南亞的秈稻和現(xiàn)代秈稻品種等4個(gè)秈稻群體，東南亞的溫帶粳稻、熱帶粳稻、亞熱帶粳稻等3個(gè)粳稻群體、以及來自印度和孟加拉的Aus和香稻；首次揭示了亞洲栽培稻品種間存在的大量微細(xì)（>100bp）結(jié)構(gòu)變異（SVs，包括易位、缺失、倒位和重復(fù)）；構(gòu)建了亞洲栽培稻的泛基因組，包括12770個(gè)（62.1%）核心（core）基因家族和9050個(gè)（37.9%）分散式(distributed)基因家族。發(fā)現(xiàn)了1.2萬個(gè)全長(zhǎng)新基因和數(shù)千個(gè)不完整的新基因。核心基因比較古老，大多數(shù)的新基因表現(xiàn)更年輕和長(zhǎng)度偏短。
3010份水稻基因組測(cè)序的完成僅僅是一個(gè)開端，隨著分析的深入和更多數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，包含水稻全部?jī)?yōu)良基因多樣性的數(shù)據(jù)庫(kù)必將更加龐大與精細(xì)，人們可以從中找到與任何性狀相關(guān)的關(guān)鍵基因并應(yīng)用到育種實(shí)踐中。這將為開展水稻全基因組分子設(shè)計(jì)育種提供足夠的基因來源和育種親本精確選擇的遺傳信息，為培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗水稻新品種奠定基礎(chǔ)。
亞洲栽培水稻起源的新觀點(diǎn)和命名恢復(fù)
在我國(guó)，亞洲栽培水稻中“秈”、“粳”（gěng）兩大亞種早在2000多年前的漢代已被人們所認(rèn)知，但秈、粳稻的起源和命名在國(guó)際上一直存有爭(zhēng)議。日本學(xué)者加藤茂范于1928年將“秈”、“粳”稱為indica（Oryza sativa L. subsp. indica Kato）和japonica（Oryza sativa L. subsp. japonica Kato），并一直沿用至今。從拉丁文標(biāo)注可以看出，兩個(gè)亞種用“印度”和“日本”來命名，帶有很深的殖民主義烙印，也錯(cuò)誤地反映了秈、粳的親緣關(guān)系、地理分布和起源。我國(guó)老一輩著名水稻專家丁穎先生把秈稻定名為秈亞種，粳稻定名為粳亞種（O. sativa L. subsp. keng Ting）。在維基百科中(http://zh.wikipedia.org/wiki/% E7%B2%B3%E7%A8%BB)也標(biāo)注了粳（geng）稻（學(xué)名Oryza sativa subsp. keng）。本研究通過對(duì)大量重要進(jìn)化相關(guān)基因的單倍型和泛基因組分析發(fā)現(xiàn)，秈稻攜帶的很多基因不存在于粳稻中，粳稻的很多基因也不存在于秈稻中。此外，不同地理來源的水稻農(nóng)家品種群體都帶有特異的基因家族。根據(jù)這些結(jié)果首次提出了秈、粳亞種的獨(dú)立多起源假說，并恢復(fù)使用秈（Oryza sativa subsp. xian）、粳（Oryza sativa subsp. geng）亞種的正確命名，使中國(guó)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的稻作文化得到正確認(rèn)識(shí)和傳承。
