漢字登上Nature論文，農(nóng)科院等共同完成亞洲栽培稻基因組變異研究

本文轉(zhuǎn)載自“科研圈”。

水稻是*zui重要的糧食作物之一，對水稻品種進行基因組研究，對于挖掘有利等位基因和指導基于全基因組信息的分子育種具有重大的理論和實踐意義，是關系著乃至糧食安全的重大戰(zhàn)略問題。

2011年9月，3000份水稻核心種質(zhì)資源基因組項目（3K Rice Project）正式啟動，該項目是由中國農(nóng)業(yè)*的黎志康研究員主持，水稻研究所和華大基因共同參與的重大合作研究項目。2014年5月，3000份水稻基因組序列與世界饑餓日公開發(fā)布于 Giga Science 雜志，同時測序數(shù)據(jù)發(fā)布在NCBI, DDBJ，Giga Science 以及阿里云等數(shù)據(jù)庫,供*下載。在3,000份水稻基因組初步分析的基礎上建立了SNP數(shù)據(jù)庫（Rice SNP-Seek Database）、3K 泛基因組數(shù)據(jù)庫（RPAN: RicePan-genome Browser）等多個數(shù)據(jù)庫。泛基因組和結(jié)構(gòu)變異（SVs）原始數(shù)據(jù)將發(fā)布在 Scientific Data上。同時，該項目從水稻研究所引進了2400份水稻核心種質(zhì)，大大豐富了我國水稻的遺傳多樣性。目前3000份水稻種質(zhì)已經(jīng)*、武漢大學、華中農(nóng)業(yè)大學等多40家科研單位和高校發(fā)放。

本研究論文在原來基礎上對3000份亞洲栽培稻基因組變異進行了深入分析，取得了一系列研究成果：

1）檢測到32M的高質(zhì)量 SNPs 和 Indels，對亞洲栽培稻群體進行了更為細致和準確的劃分，由傳統(tǒng)的5個亞群增加到9個，分別是：東亞的秈稻（XI-1A）、南亞的秈稻XI-2、東南亞的秈稻（XI-3）和現(xiàn)代秈稻品種、東南亞的溫帶粳稻（GJ-tmp）、熱帶粳稻（GJ-sbtrp）、亞熱帶粳稻（GJ-trp）以及來自來自印度和孟加拉的Aus（cA）和香稻（cB）。同時發(fā)現(xiàn)在水稻基因資源庫中仍存在大量的 SNP 有待發(fā)掘。

2）亞洲栽培稻中存在大量結(jié)構(gòu)變異（SVs），平均每個基因組約有1.2萬個SVs，秈粳亞群間呈現(xiàn)明顯的差異，并且可能是引起秈粳za種不育和za種衰退的遺傳基礎。

3）使用“map-to-pan”策略構(gòu)建了亞洲栽培稻的泛基因組，獲得了268M的日本晴參考序列之外的非冗余序列，預測了1.2萬個新的全長基因。在水稻泛基因組中，包含了12770個（53.5%）核心（core）基因家族和9050個（37.9%）分散式(distribute)基因家族?；蚧蚧蚣易宓拇嬖?缺失變異（PAVs）在主要亞群間也呈現(xiàn)顯著差異。同時發(fā)現(xiàn)：核心基因比較古老，大多數(shù)的新基因表現(xiàn)更年輕和長度偏短；相較于核心基因，分散式基因中存在更多的SNP變異。

4）通過對重要進化相關基因的單體型分析發(fā)現(xiàn)：很多的秈稻品種攜帶的等位基因沒有出現(xiàn)在粳稻品種當中。該結(jié)果更支持秈稻是獨立進化來的假說（多起源假說）。

5）zui后簡單介紹了3000份水稻基因組的 SNP 和 PAVs 數(shù)據(jù)在關聯(lián)分析挖掘水稻有利基因上的應用。

該論文還提出提出用“Xian/秈”和“Geng/粳”來代替 Indica 和 Japonica。

中國農(nóng)業(yè)*作物科學研究所王文生副研究員、水稻研究所 RamilMauleon 博士、上海交通大學胡智強博士生、水稻研究所 Dmytro Chebotarov 博士、華大基因太帥帥信息分析工程師、中國農(nóng)業(yè)*作物科學研究所吳志超博士生、安徽農(nóng)業(yè)大學黎珉博士、中國農(nóng)業(yè)*作物科學研究所鄭天清副研究員、水稻研究所 Roven Rommel Fuentes 博士、中國農(nóng)業(yè)*作物科學研究所張帆副研究員、水稻研究所 Locedie Mansueto 博士和亞利桑那大學 Dario Copetti 博士為該篇論文的共同*作者。中國農(nóng)業(yè)*作物科學研究所黎志康研究員、水稻研究所 Kenneth L. Mc Nally 和 Nickzlai Alexandrov 科學家、上海交通大學生命科學與生物技術(shù)學院韋朝春教授、華大基因張耕耘博士、中國農(nóng)業(yè)*深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所阮玨研究員、亞利桑那大學 Rod A. Wing 教授為該篇論文的共同通訊作者。

該研究得到了*的863項目、“十三五”重點研發(fā)計劃、比爾•梅琳達蓋茨基金會、中國農(nóng)業(yè)*創(chuàng)新工程和深圳孔雀團隊等項目的資助。該項目是由中國科學家主導的，世界范圍內(nèi)的一次大規(guī)模、高水平合作，項目產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)和測序材料已經(jīng)通過多個途徑對外無條件公開分享。項目成果將有助于規(guī)?；l(fā)掘優(yōu)良基因，突破水稻復雜性狀分子改良的技術(shù)瓶頸，加快高產(chǎn)、、廣適性綠色水稻新品種培育的進程，全面提升我國水稻功能基因組研究和分子育種水平。