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安徽农业大学首次在《Nature》参与发布重大成果

2018-04-27
本网讯 北京时间4月26 日,国际顶级期刊自然杂志长文报导了由中国农业科学院作物科学研究所主导,安徽农业大学作为参与单位与国际水稻研究所(IRRI)、上海交通大学、华大基因、深圳农业基因组研究所、美国亚利桑那大学等16家单位共同完成的3,010份亚洲栽培稻基因组变异研究结果--“Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice”
水稻是全世界最重要的粮食作物之一,对水稻全球品种资源进行基因组研究,对于挖掘有利等位基因和指导基于全基因组信息的分子育种具有重大的理论和实践意义,是关系着国家乃至全球粮食安全的重大战略问题。
该研究针对水稻起源、分类和驯化规律进行了深入探讨,揭示了亚洲栽培稻的起源和群体基因组变异结构,剖析了水稻核心种质资源的基因组遗传多样性。该研究是国内外水稻研究专家大协作的重大成果,体现了中国农业科学在水稻基因组研究方面居于世界领先位置,这一重大成果将推动水稻规模化基因发掘和水稻复杂性状分子改良,提升全球水稻基因组研究和分子育种水平,加快优质、广适、绿色、高产水稻新品种培育。
“大数据”-“大共享”
2011年9月,“全球3000份水稻核心种质资源重测序计划”( 3K Rice Genomes Project)正式启动,拉开了水稻核心种质资源全基因组测序和基因组分析的序幕。2014年5月,3000份水稻基因组测序数据于“世界饥饿日”公开发布于NCBI、DDBJ、GigaScience、阿里云等数据库,与全球共享。同时,基于测序结果建立了若干重要数据库和资源:SNP和表型数据库(Rice SNP-Seek Database);3K 泛基因组数据库(RPAN: Rice Pan-genome Browser);另外,泛基因组和结构变异原始数据将发布在Nature旗下的Scientific Data杂志上。同时,该项目从国际水稻研究所引进了2400份水稻核心种质,极大丰富了我国的水稻遗传多样性。
揭示水稻种内丰富的遗传多样性
该研究共检测到32M的高质量SNPs和Indels,对亚洲栽培稻群体的结构和分化进行了更为细致和准确的描述和划分,由传统的5个群体增加到9个,分别是东亚(中国)的籼稻、南亚的籼稻、东南亚的籼稻和现代籼稻品种等4个籼稻群体,东南亚的温带粳稻、热带粳稻、亚热带粳稻等3个粳稻群体、以及来自印度和孟加拉的Aus和香稻;首次揭示了亚洲栽培稻品种间存在的大量微细(>100bp)结构变异(SVs,包括易位、缺失、倒位和重复);构建了亚洲栽培稻的泛基因组,包括12770个(62.1%)核心(core)基因家族和9050个(37.9%)分散式 (distributed)基因家族。发现了1.2万个全长新基因和9000个不完整的新基因。核心基因比较古老,大多数的新基因表现更年轻和长度偏短。

 
Nature首现汉字:亚洲栽培水稻起源新观点和“恢复命名”的呼吁
在我国,亚洲栽培水稻中“籼”、“粳”(gěng)两大亚种早在2000多年前的汉代已被人们所认知,但“籼”、“粳”稻的起源和命名在国际上一直存有争议。日本学者加藤茂范于1928年将“籼”、“粳”称为indicaOryza sativa L. subsp. indica Kato)和japonicaOryza sativa L. subsp. japonica Kato),并一直沿用至今。从拉丁文标注可以看出,两个亚种用“印度”和“日本”来命名,错误地反映了“籼”、“粳”的亲缘关系、地理分布和起源。我国老一辈著名水稻专家丁颖先生把籼稻定名为“籼”亚种,粳稻定名为“粳”亚种(O. sativa L. subsp. keng Ting)。

 
本研究通过对大量重要进化相关基因的单倍型和泛基因组分析发现,籼稻携带的很多基因不存在于粳稻中,粳稻的很多基因也不存在于籼稻中。此外,不同地理来源的水稻农家品种群体都带有特异的基因家族。根据这些结果首次提出了“籼”、“粳”亚种的独立多起源假说,并呼吁恢复使用“籼”(Oryza sativa subsp. xian)、“粳”(Oryza sativa subsp. geng)亚种的命名,使中国源远流长的稻作文化得到正确认识和传承。(论文连接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0063-9

 
我校理学院黎珉博士为该文并列第一作者,第一通讯作者中国农科院作物科学研究所黎志康研究员系我校77届农学系校友,合作导师。该篇文章发表后在国内外引起巨大轰动,中央电视台、新华社、人民日报、中国日报、中央人民广播电台等多家媒体对成果进行了报道。(黎珉 通讯员:钟晨)