未來的水稻將會怎樣育種？也許“3000份水稻基因組”研究項目能告訴我們。
“3000份水稻基因組”研究是由中國主導的國際間科研大協作項目，近日《自然》雜志發表項目組重大成果。項目組成員、論文第一作者、中國農業科學院作物科學研究所副研究員王文生在接受科技日報記者專訪時表示，項目建立了基于水稻基因組信息的數據庫和應用平臺，將提升規模化優良基因發掘和水稻分子育種效率，開啟了“后基因組時代的水稻設計育種”，實現傳統“經驗育種”向現代“精準育種”的躍升。
代表78萬份水稻95%以上遺傳多樣性
作為目前植物界最大的基因組測序工程，項目組對亞洲栽培稻群體進行了當今最為精細的種群分類，揭示了水稻種內豐富的群體結構和遺傳多樣性，構建了全球首個接近完整、高質量的亞洲栽培稻的泛基因組，發現了1.2萬個水稻新基因，為水稻分子設計育種提供了新基因資源。
水稻是我國的主要糧食作物，我國水稻遺傳育種水平一直走在世界前列。不過，面對氣候變化、資源短缺以及供給側改革的新形勢，傳統育種方法難以滿足對資源節約型、環境友好型育種模式的技術需求。因此，對水稻核心種質資源進行大規模測序分析，挖掘基因組變異和優良基因等，對持續培育突破性水稻新品種具有重大的理論和戰略意義。
于是，在2011年9月，中國農業科學院、國際水稻研究所和華大基因共同啟動了“全球3000份水稻核心種質資源重測序計劃”，拉開了水稻核心種質資源全基因組測序和基因組分析的序幕。這3000份材料的取樣并非是隨意的，而是經過嚴格的分層取樣，來源于全球89個國家。也就是說，這代表了78萬份水稻的3000份樣本，體現了95%以上的遺傳多樣性。
論文的共同第一作者、華大基因高級信息分析師太帥帥說，經過長達850天的持續努力，共產生17T（1T等于1024G）的測序原始數據；發現了蘊藏在水稻種質資源中巨量的自然多態性變異，其中包括2900萬個單核苷酸多態性（SNPs）、250萬個插入缺失標記（InDels）和9萬個結構變異。
獲得2900萬個新基因導航位點
我國科學家們將會怎樣使用這些研究數據？
論文的共同第一作者、中國農科院在讀博士生吳志超說，首先是規模化發掘3000份核心種質中影響水稻農藝性狀的等位基因，比如對稻瘟病、白葉枯等的抗病性，抗旱、耐鹽等重要性狀，營養高效、微量元素缺乏耐性、食用品質相關性狀等。“水稻的幾萬個基因中，現在功能已明確的也就3000個左右。要想了解其他基因的功能，必須對存在不同變異的基因序列和相應的表型進行比較分析，確定基因是否和性狀有關系，哪種變異在糧食生產或其他方面表現更好。”
其次，當科學家們知道各種基因有什么功能、哪種類型的基因更有利時，就可直接去基因數據中找到對應的品種，對這些品種進行利用。
“此次研究獲得了2900萬個新的導航位點，為培育優良品種、盡可能整合優良性狀、去除劣性性狀等奠定了基礎。我們還將利用這批數據建立一個系統的水稻育種數據庫，將其作為分子設計育種的有利工具，分子育種速度將大幅提高。”王文生說，項目為水稻種質創新和新品種培育同時提供了數據基礎和種質資源。
為水稻基因組編輯奠定基礎
過去五年，在生命科學領域所產生最大的、革命性的新技術就是基因編輯。這套技術將完全改變農業研究的步伐，但技術本身依賴于基因組的發現。
王文生說，3000個水稻基因組中有相當部分是基因的變異。“我們能非常有效地對基因組任何一個位點進行調整改變，也可以對變異的任何一個位點進行修飾，甚至是敲除掉。這是未來基因組研究的熱點。”也就是說，3000個基因組的研究為我國水稻基因組編輯奠定了雄厚基礎。
王文生舉例說，水稻中還有一些基因的屬性不明確，比如某種基因是秈稻特有的還是粳稻特有的，是否與秈粳稻分化有關？有了3000個基因組的數據庫，科研人員很快就可以回答這些問題了。
“總之，該研究成果將推動水稻規模化基因發掘和水稻復雜性狀分子改良，提升全球水稻基因組研究和分子設計育種水平，加快培育優質、高產、廣適、綠色、多功能水稻新品種。”王文生說。
