近日，記者從中國農(nóng)科院獲悉，該院作科所水稻分子設(shè)計技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊一項新成果，揭示了亞洲栽培稻起源的過程，并開發(fā)了適用于功能單倍型數(shù)據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)分析和全基因組預(yù)測的軟件包。相關(guān)研究成果于2月10日在《分子植物（Molecular Plant）》發(fā)表。
亞洲是最大的水稻生產(chǎn)和消費區(qū)域，水稻也被稱為“亞洲的糧食”。中國農(nóng)科院供圖
水稻是世界上食用人口最多的主食之一，是世界第三大農(nóng)作物。亞洲是最大的水稻生產(chǎn)和消費區(qū)域，水稻也被稱為“亞洲的糧食”。同時，亞洲也是水稻的起源地，在數(shù)千年的栽培歷程中形成了獨特的稻作文化。
然而，從野生稻到現(xiàn)在的粳稻、秈稻，究竟是如何演變的，過去一直有兩種假說，徐建龍研究員介紹，一種假說是單起源假說，認(rèn)為亞洲栽培稻是從單一的野生祖先類群起源，然后為適應(yīng)不同的生態(tài)和地理環(huán)境分化為秈、粳2個亞種；另一種是多起源假說，認(rèn)為秈、粳2個亞種獨立起源于不同的野生祖先類群。
現(xiàn)代水稻育種中，最迫切的需求是加速育種進(jìn)程、提升高產(chǎn)潛力和穩(wěn)產(chǎn)性、兼顧品質(zhì)改良等。徐建龍介紹，該團(tuán)隊于2018年牽頭完成了“3000份水稻基因組計劃”，該計劃從三個主要方面揭示了水稻核心種質(zhì)的基因組多樣性，一是檢測出超過3200萬個高質(zhì)量單核苷酸多態(tài)性；二是發(fā)現(xiàn)了3萬多個水稻編碼基因上的存在缺失變異；三是揭示了超過9.3萬個結(jié)構(gòu)變異。
現(xiàn)代水稻育種中，最迫切的需求是加速育種進(jìn)程、提升高產(chǎn)潛力和穩(wěn)產(chǎn)性、兼顧品質(zhì)改良等。中國農(nóng)科院供圖
不過，作為水稻種內(nèi)遺傳多樣性的另一個重要方面，基因編碼區(qū)的功能單倍型（功能等位基因）在水稻種質(zhì)資源中的變異特征尚不清晰。也就是說，野生稻演變成粳稻和秈稻的過程及彼此間基因編碼區(qū)功能單倍型的關(guān)系，仍不清楚。
“同一物種為何會表現(xiàn)出不同的性狀，功能單倍型（功能等位基因）的差異是關(guān)鍵，”徐建龍說，“日本晴是全球第一個完成最精細(xì)全基因組測序的品種，在水稻功能基因組的眾多研究中都具有非常重要的參考意義。所以，我們以日本晴為參考基因組，對3010份水稻核心種質(zhì)基因組變異進(jìn)行了分析，構(gòu)建了一個由45963個基因組成的全基因組基因功能單倍型數(shù)據(jù)集，這一數(shù)據(jù)集全面揭示了亞洲栽培稻基因功能單倍型自然變異特征，證實了亞洲栽培稻多起源假說。”
我國科學(xué)家對3010份水稻核心種質(zhì)基因組變異進(jìn)行了分析，構(gòu)建了一個由45963個基因組成的全基因組基因功能單倍型數(shù)據(jù)集，這一數(shù)據(jù)集全面揭示了亞洲栽培稻基因功能單倍型自然變異特征。中國農(nóng)科院供圖
此外，研究還評估了現(xiàn)代育種對全基因組功能單倍型多樣性的影響，對已克隆基因的有利功能單倍型進(jìn)行了深入挖掘。徐建龍介紹，“我們發(fā)現(xiàn)，基于功能單倍型數(shù)據(jù)在全基因組關(guān)聯(lián)分析中有更大的功效，在多數(shù)性狀上具有更高的預(yù)測力。為此，我們還開發(fā)了適用于功能單倍型數(shù)據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)分析和全基因組預(yù)測的軟件包，為今后水稻基因的基礎(chǔ)研究和復(fù)雜性狀有利等位基因發(fā)掘提供極大便利，全面助力水稻分子設(shè)計育種。同時也對其他作物群體基因組、功能基因組和設(shè)計育種研究具有借鑒意義。”
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項目資助。
