北京時間4月26日凌晨1點(diǎn)，國際頂級期刊《自然》雜志在線長文報道了“3010份亞洲栽培稻基因組研究”成果。該研究由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所牽頭，聯(lián)合國際水稻研究所、上海交通大學(xué)、深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、美國亞利桑那大學(xué)等16家單位共同完成。這是國內(nèi)外水稻研究專家大協(xié)作的重大成果，體現(xiàn)了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)在水稻基因組研究方面居于世界領(lǐng)先位置，擴(kuò)大了我國水稻功能基因組研究國際領(lǐng)先優(yōu)勢

專家介紹，“3010份亞洲栽培稻基因組研究”這一重大科技成果將推動水稻規(guī)模化基因發(fā)掘和水稻復(fù)雜性狀分子改良，提升全球水稻基因組研究和分子育種水平，加快優(yōu)質(zhì)、廣適、綠色、高產(chǎn)水稻新品種培育。為此，經(jīng)濟(jì)日報記者采訪了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院有關(guān)負(fù)責(zé)人。

掌握水稻核心種質(zhì)資源

作為我國最重要的糧食作物，水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量與人們生活息息相關(guān)。其中，種質(zhì)資源遺傳多樣性的利用對于育種成果影響巨大

水稻是全球最重要的作物之一。在中國，水稻是最重要的糧食作物，國民三分之二的口糧都是水稻。尤其對于南方人來說，不吃米飯就如同沒吃飯一樣。

改革開放以后，我國水稻科學(xué)研究取得了非常重要的進(jìn)展，包括雜交育種、傳統(tǒng)育種方法等領(lǐng)域，都取得了巨大突破。

黎志康研究員(左)在田間指導(dǎo)水稻育種。本報記者 常 理攝

然而，面對氣候變化、資源短缺等新形勢，還需要不斷適應(yīng)人們對高品質(zhì)、多功能等美好生活的要求。這對水稻育種科學(xué)提出了新的要求——在傳統(tǒng)育種基礎(chǔ)上如何更加高效，做到高質(zhì)、多功能，滿足不同人群的營養(yǎng)健康需要。其中，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展成為至關(guān)重要的解決方案和解決手段。

作為此次研究成果的發(fā)起人，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所研究員黎志康表示，無論過去還是未來，育種成果都取決于我們對種質(zhì)資源遺傳多樣性的利用。“全球共計(jì)保留了78萬份水稻種質(zhì)資源，如何在育種上好好利用，一直是我們面臨的巨大挑戰(zhàn)。”黎志康說。

為弄清水稻基因組中隱藏的“秘密”，2011年9月份，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院聯(lián)合國際水稻研究所等16家單位共同啟動了“3000份水稻基因組研究計(jì)劃”。這一研究旨在通過測序及分析建立核心種的基因型和重要農(nóng)業(yè)性狀表型數(shù)據(jù)庫，開展全基因組的關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)而規(guī)模化發(fā)掘優(yōu)良基因，提高水稻重要農(nóng)業(yè)性狀的分子育種效率，加快高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、廣適新品種培育進(jìn)程，全面提升我國水稻分子育種水平。

專家介紹，“3010份亞洲栽培稻基因組研究”所采用的3010份水稻材料，經(jīng)過了團(tuán)隊(duì)非常嚴(yán)格和精確的分層取樣。這些取樣來自于中國及南亞、東南亞等89個國家，集中在水稻多樣性的中心區(qū)域，代表了78萬份水稻種質(zhì)資源約95%的遺傳多樣性。

該研究針對水稻起源、分類和馴化規(guī)律進(jìn)行了深入探討，揭示了亞洲栽培稻的起源和群體基因組變異結(jié)構(gòu)，剖析了水稻核心種質(zhì)資源的基因組遺傳多樣性。

黎志康認(rèn)為，此次研究成果的完成僅僅是一個開端，隨著深入分析和更多數(shù)據(jù)產(chǎn)生，包含水稻全部優(yōu)良基因多樣性的數(shù)據(jù)庫將更加龐大與精細(xì)，人們可以從中找到與任何性狀相關(guān)的關(guān)鍵基因，并應(yīng)用到育種實(shí)踐中。這將為開展水稻全基因組分子設(shè)計(jì)育種提供足夠的基因來源和育種親本精確選擇的遺傳信息，為培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗水稻新品種奠定基礎(chǔ)。

探明水稻起源

通過對大量重要進(jìn)化基因的分析，該研究首次提出了秈、粳亞種的獨(dú)立多起源假說，使中國源遠(yuǎn)流長的稻作文化得到正確認(rèn)識和傳承

早在我國2000多年前的漢代，亞洲栽培水稻中“秈”“粳”兩大亞種已被人們所認(rèn)知。然而，秈、粳稻的起源和命名在國際上一直存有爭議。日本學(xué)者加藤茂范于1928年將“秈”“粳”稱為indica和japonica，并一直沿用至今。實(shí)際上，這兩個名字分別是拉丁語中“印度”和“日本”的意思，這錯誤地反映了秈、粳的親緣關(guān)系、地理分布和起源。我國老一輩著名水稻專家丁穎先生把秈稻定名為秈亞種，粳稻定名為粳亞種。

對此，“3010份亞洲栽培稻基因組研究”通過對大量重要進(jìn)化相關(guān)基因的單倍型和泛基因組分析發(fā)現(xiàn)，秈稻攜帶的很多基因不存在于粳稻中，粳稻的很多基因也不存在于秈稻中。此外，不同地理來源的水稻農(nóng)家品種群體都帶有特異的基因家族。根據(jù)這些結(jié)果，該研究首次提出了秈、粳亞種的獨(dú)立多起源假說，并建議恢復(fù)使用秈、粳亞種的正確命名，使中國源遠(yuǎn)流長的稻作文化得到正確認(rèn)識和傳承。

我國小麥基因組學(xué)專家張學(xué)勇研究員評價認(rèn)為，秈稻和粳稻是中性的名詞，不帶有明顯地域性，這應(yīng)該是全世界搞水稻、搞農(nóng)業(yè)的科學(xué)家都愿意接受的。

此外，這一研究對亞洲栽培稻群體的結(jié)構(gòu)和分化進(jìn)行了更為細(xì)致準(zhǔn)確的描述和劃分，由傳統(tǒng)的5個群體增加到9個，分別是東亞(中國)的秈稻、南亞的秈稻、東南亞的秈稻和現(xiàn)代秈稻品種等4個秈稻群體；東南亞的溫帶粳稻、熱帶粳稻、亞熱帶粳稻等3個粳稻群體；以及來自印度和孟加拉的Aus和香稻。

為水稻基因貼“標(biāo)簽”

該成果將極大推進(jìn)水稻功能基因組和育種科學(xué)，科學(xué)家據(jù)此可以找到某個性狀的缺失具體是哪里出現(xiàn)了問題，最終精準(zhǔn)設(shè)計(jì)出水稻新品種

很多年前，世界糧食貢獻(xiàn)獎獲得者、國際水稻研究所原首席科學(xué)家?guī)焓簿吞岢隽恕霸O(shè)計(jì)水稻”的想法。如今，這一夢想正在逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

“我國近年來下大力氣開展基因組測序和功能基因組研究等工作，取得了很多專利，但是這些專利還沒辦法運(yùn)用到育種上。”黎志康說，育種專家在進(jìn)行親本雜交過程中，并不知道想要的基因在哪個親本里，或者用哪個親本來做效率比較高，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷。

“3010份亞洲栽培稻基因組研究”成果為每個親本中的所有基因貼上了“標(biāo)簽”。每份親本對應(yīng)著怎樣的基因，大家從中可以一目了然，使本身抽象的基因轉(zhuǎn)化為育種專家能夠讀懂的數(shù)據(jù)。黎志康表示，此成果將極大推進(jìn)水稻功能基因組和育種科學(xué)，在未來的3年到5年，將會有一大批相關(guān)成果涌現(xiàn)出來。

數(shù)以萬計(jì)的基因是通過組合調(diào)控特定的代謝途徑，最終體現(xiàn)在作物的性狀表達(dá)之上的。黎志康打了個比方，這就好比籃球比賽，上場的5個人得配合好，各有分工，才能打出好成績。如果找5個頂尖的后衛(wèi)或者中鋒上去，都是不行的，一定要有最佳分工和搭配。基因也是一樣，有很多基因共同作用才能導(dǎo)致一個作物出現(xiàn)相應(yīng)的性狀。如果影響某一代謝途徑的任何一個基因出現(xiàn)問題，那么作物該性狀的表現(xiàn)就會出現(xiàn)問題。

“現(xiàn)在，通過全基因組掃描，我們可以找到特定品種某個性狀的缺失具體是由哪個或哪些基因出現(xiàn)了問題，然后從哪個親本里可以獲得所缺少的基因，再通過最佳育種手段將所需基因補(bǔ)上，就可以育成所需要的新品種。”黎志康說。

他表示，未來，要培育高產(chǎn)高效的綠色超級稻，其育種策略必須要把種質(zhì)資源和基因組學(xué)技術(shù)進(jìn)行整合，并建成基于資源組合的遺傳信息平臺，使未來育種建立在大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)遺傳信息上。如此研究出的高效育種策略才能真正達(dá)到“設(shè)計(jì)育種”——即需要什么樣的品種就可以在比較短的時間內(nèi)培育出來。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所所長劉春明說：“過去5年，在生命科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生最大的、革命性的新技術(shù)就是基因編輯，我們能夠非常有效地對基因組任何一個點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整改變。這套技術(shù)將完全改變農(nóng)業(yè)研究的步伐。”而這項(xiàng)技術(shù)本身就依賴于基因組。其中，3000個基因組代表著相當(dāng)部分水稻的變異，“我們可以對變異的任何一個點(diǎn)位進(jìn)行修飾改變，完全按照目標(biāo)去修飾，也可以把它消除掉，這是未來基因組研究的重點(diǎn)”。劉春明說。

對此，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長唐華俊表示，“下一步，我們要把水稻基因組研究與分子育種結(jié)合起來，盡快育成高品質(zhì)、高質(zhì)量的新品種，滿足不同人群的高品質(zhì)需要”。