深圳科学家牵头绘制水稻超级泛基因组图谱，获得迄今为止植物界群体规模最大的组学研究成果 _生活百科

读创/深圳商报采访人员张妍
作为一半以上地球人赖以生存的粮食作物，水稻最近有了一份超级泛基因组图谱。深圳科学家组装了251份高质量的水稻基因组，获得了迄今为止植物中群体规模最大的基因组学研究成果。

文章插图
近日，《细胞生物学（CellResearch）》杂志上发表了由中国农业科学院（深圳）农业基因组研究所（下称“基因组所”）牵头组织，与中国农业大学、南京农业大学、中国水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所等单位联手完成的《水稻超泛基因组图谱》，帮助人类更好地了解水稻功能基因和利用种质资源。
栽培过万年丢失众多功能基因
专家表示，泛基因组是指一个物种内所有基因组信息的总和，相比单一参考基因组，泛基因组信息包含了丰富的遗传多样性，可有效降低参考基因组偏差对遗传变异检测的影响。
为了更好地研究稻属的遗传变异，科研人员从5年前开始启动了这项研究。
考古学研究成果揭示，人类最早栽培水稻的历史距今已有逾1万年。“水稻驯化的过程中经历了高强度的人工选择，导致栽培稻相对于野生稻祖先遗传多样性减少，成为目前培育水稻品种的制约因素之一。”该研究的第一作者、基因组所研究员商连光告诉采访人员，特别是近15年，水稻培育更侧重于高产，产量平均提升了13.33%，却丧失了更多的有利基因，比如一些抗病、氮高效基因。
水稻是中国第一大粮食作物，中国也是世界上最早种植水稻的国家。在水稻基因组学研究上，中国也一直走在世界前列。20年前，中国科学家独立绘制完成并成功“解读”了水稻基因序列，这也是人类第一次在基因组层面认识了水稻。5年间，中国科学家已完成构建4个水稻泛基因组，包括使用453个亚洲栽培稻种质的短读长构建的泛基因组、使用53亚洲栽培稻和13个普通野生稻种质的短读长迭代组装的泛基因组、使用32个亚洲栽培稻和1个非洲栽培稻种质的长读长组装而成的泛基因组和使用105个亚洲栽培稻和6个普通野生稻的长读长组装而成的泛基因组。

文章插图
“稻属供应了地球一半以上人类的口粮，但其实只有亚洲稻和非洲稻两个种，它们之间不仅是地理上远隔重洋，从基因组学研究上看也是独立起源，有着生殖隔离。”商连光表示，此前的研究不仅没有实现亚洲稻、非洲稻的系统化比较和研究，两种野生稻中还存有大量的遗传变异未被发掘，也未能实现群体水平最完整的序列多样性分析。这项研究通过地理分布来源、基因型和表型变异精心选择了251份水稻材料，其中包括了202份亚洲栽培稻、28份普通野生稻、11份非洲栽培稻和10份短舌野生稻。
这项研究涉及数据非常庞大，仅高深度、长读长（也称“三代测序”）测序数据多达9.42万亿字节（TB）。该研究的并列第一作者、基因组所在读博士生李笑霞表示，研究人员利用基因组所和中国水稻研究所提供的超算平台，对251份水稻核心种质资源的原始测序数据进行基因组组装、基因组注释等分析工作，进而构建了目前植物中群体规模最大、基因组注释最充分、研究最为系统的稻属超级泛基因组，“我们还通过自主研发组装工具，提升数据处理效能。”
整合数据开发在线网站
【深圳科学家牵头绘制水稻超级泛基因组图谱，获得迄今为止植物界群体规模最大的组学研究成果】通过这项研究，科研人员不仅获得了一份高质量的稻属泛基因组图谱，并整合数据开发了在线网站，让科研人员能高效方便地利用这些海量的基因组学数据。通过数据检索，科研人员可根据研究需要，高效地获得特定水稻品种基因组序列、基因的在群体中的变化。
上海师范大学教授黄学辉评价这项研究是水稻基因组学研究中一项里程碑式的工作。中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员田志喜评价，该项研究是植物研究领域的顶级资源和研究成果，不仅是前沿科学挑战的新突破，同时对水稻甚至其他植物的功能研究和分子育种具有不可估量的价值。