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(dǎo)的國際間科研大協(xié)作項目，近日《自然》雜志發(fā)表項目組重大成果。項目組成員、論文第一作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)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(shù)據(jù)庫和應(yīng)用平臺，將提升規(guī)?；瘍?yōu)良基因發(fā)掘和水稻分子育種效率，開啟了“后基因組時代的水稻設(shè)計育種”，實現(xiàn)傳統(tǒng)“經(jīng)驗育種”向現(xiàn)代“精準(zhǔn)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(dāng)今最為精細的種群分類，揭示了水稻種內(nèi)豐富的群體結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性，構(gòu)建了全球首個接近完整、高質(zhì)量的亞洲栽培稻的泛基因組，發(fā)現(xiàn)了1.2萬個水稻新基因，為水稻分子設(shè)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(cè)改革的新形勢，傳統(tǒng)育種方法難以滿足對資源節(jié)約型、環(huán)境友好型育種模式的技術(shù)需求。因此，對水稻核心種質(zhì)資源進行大規(guī)模測序分析，挖掘基因組變異和優(yōu)良基因等，對持續(xù)培育突破性水稻新品種具有重大的理論和戰(zhàn)略意義。
于是，在2011年9月，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)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(zhì)資源重測序計劃”，拉開了水稻核心種質(zhì)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(jīng)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(xiàn)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(jīng)過長達850天的持續(xù)努力，共產(chǎn)生17T（1T等于1024G）的測序原始數(shù)據(jù)；發(fā)現(xiàn)了蘊藏在水稻種質(zhì)資源中巨量的自然多態(tài)性變異，其中包括2900萬個單核苷酸多態(tài)性（SNPs）、250萬個插入缺失標(biāo)記（InDels）和9萬個結(jié)構(gòu)變異。
獲得2900萬個新基因?qū)Ш轿稽c
我國科學(xué)家們將會怎樣使用這些研究數(shù)據(jù)？
論文的共同第一作者、中國農(nóng)科院在讀博士生吳志超說，首先是規(guī)?；l(fā)掘3000份核心種質(zhì)中影響水稻農(nóng)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(yǎng)高效、微量元素缺乏耐性、食用品質(zhì)相關(guān)性狀等?！八镜膸兹f個基因中，現(xiàn)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(yīng)的表型進行比較分析，確定基因是否和性狀有關(guān)系，哪種變異在糧食生產(chǎn)或其他方面表現(xiàn)更好?！?/p>
其次，當(dāng)科學(xué)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(shù)據(jù)中找到對應(yīng)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(dǎo)航位點，為培育優(yōu)良品種、盡可能整合優(yōu)良性狀、去除劣性性狀等奠定了基礎(chǔ)。我們還將利用這批數(shù)據(jù)建立一個系統(tǒng)的水稻育種數(shù)據(jù)庫，將其作為分子設(shè)計育種的有利工具，分子育種速度將大幅提高?！蓖跷纳f，項目為水稻種質(zhì)創(chuàng)新和新品種培育同時提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和種質(zhì)資源。
為水稻基因組編輯奠定基礎(chǔ)
過去五年，在生命科學(xué)領(lǐng)域所產(chǎn)生最大的、革命性的新技術(shù)就是基因編輯。這套技術(shù)將完全改變農(nóng)業(yè)研究的步伐，但技術(shù)本身依賴于基因組的發(fā)現(xiàn)。
王文生說，3000個水稻基因組中有相當(dāng)部分是基因的變異?！拔覀兡芊浅Ｓ行У貙蚪M任何一個位點進行調(diào)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?！币簿褪钦f，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(chǔ)。
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(guān)？有了3000個基因組的數(shù)據(jù)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(guī)?；虬l(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設(shè)計育種水平，加快培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、廣適、綠色、多功能水稻新品種?！蓖跷纳f。
