​(科學新知)野生稻-栽培稻泛基因組圖譜 張建松

 筆者從中國科學院分子植物科學卓越創新中心獲悉,中心韓斌院士團隊完成145份亞洲栽培稻及其普通野生稻的高精度基因組組裝,成功繪製了迄今為止分辨率最高的「野生稻-栽培稻泛基因組圖譜」。

 近日,國際權威學術期刊《自然》(Nature)在線發表了相關研究論文。這是韓斌院士團隊繼2012年全面解析水稻馴化路線、2018年構建首個栽培稻-野生稻泛基因組草圖之後,在水稻基因組研究和進化領域取得的又一項重大突破,對未來保障糧食安全具有重要意義。

 韓斌介紹,亞洲栽培稻是全球數十億人的主糧,其馴化歷史可追溯至一萬年前的普通野生稻。如何將野生稻歷經萬年錘煉的「生存智慧」注入現代品種,培育出兼具高產潛力與抗病抗逆特性的「超級水稻」,是破解糧食安全困局的重大課題。急需構建一個高質量、大規模的野生稻泛基因組,深度解析其廣泛的多樣性,全面挖掘其耐逆、抗病等優良性狀的遺傳變異寶庫。

 研究團隊整合了具有代表性的129份普通野生稻和16份亞洲栽培稻資源,進行高質量的基因組測序和從頭組裝,構建了一個可以覆蓋野生稻和栽培稻全面遺傳景觀的泛基因組圖譜。

 與原有公認的單個參考基因組相比,「栽培稻-野生稻泛基因組」新增了38.7億個鹼基對,共包含69531個基因,其中近20%為野生稻特有,這些基因被證實與抗病防禦、環境適應性等性狀密切相關。

 深入研究發現,野生稻中的抗病基因豐度和多樣性均明顯高於栽培稻,進一步證實了野生稻堪稱作物改良的「戰略資源庫」,可為培育抗病耐逆的水稻品種提供直接的基因來源;研究證明所有亞洲栽培稻的馴化位點均來源於粳稻祖先Or-Ⅲa,進一步證實亞洲栽培稻單起源假說,為持續數十年的學術爭議提供了關鍵證據。

 研究還發現在南亞各栽培稻類群之間存在廣泛的基因交流,並由此定義了一個新的栽培稻亞群,成功繪製了一幅更全面的水稻進化和馴化路線圖。◇