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亞洲栽培稻馴化歷史可追溯至一萬年前的普通野生稻。 面對全球人口增長和氣候變化加劇的雙重壓力，如何將野生稻歷經(jīng)萬年錘煉的“生存智慧”注入現(xiàn)代品種，培育出兼具高產(chǎn)潛力與抗病抗逆特性的“超級水稻”已成為重要研究課題。然而，傳統(tǒng)依賴單一參考基因組的研究模式譬如以管窺天，僅能捕捉水稻遺傳多樣性的冰山一角。因此，亟需構(gòu)建高質(zhì)量、大規(guī)模的野生稻泛基因組，剖析其廣泛的多樣性，挖掘其耐逆、抗病等優(yōu)良性狀的遺傳變異寶庫。

中國科學(xué)院院士、分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員韓斌團(tuán)隊(duì)首次完成了145份亞洲栽培稻及普通野生稻的高精度基因組組裝，繪制了迄今為止分辨率最高的野生稻-栽培稻泛基因組圖譜，挖掘了普通野生稻廣泛的遺傳多樣性，解析了亞洲栽培稻各類群的進(jìn)化及馴化路線。該研究為水稻基因組輔助育種提供了關(guān)鍵的遺傳資源，為培育抗病耐逆、適應(yīng)氣候變化的優(yōu)質(zhì)水稻品種奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

該團(tuán)隊(duì)整合具有代表性的129份普通野生稻和16份亞洲栽培稻資源，進(jìn)行高質(zhì)量基因組測序和從頭組裝，構(gòu)建出可覆蓋野生稻和栽培稻全面遺傳景觀的泛基因組圖譜。這是該團(tuán)隊(duì)繼解析水稻馴化路線和構(gòu)建首個(gè)栽培稻-野生稻泛基因組草圖后，在水稻基因組研究和進(jìn)化領(lǐng)域取得的又一突破。

這一參考基因組級別的栽培稻-野生稻泛基因組為原有公認(rèn)的單個(gè)參考基因組新增了38.7億個(gè)堿基對，包含69,531個(gè)基因，其中近20%為野生稻所特有。同時(shí)，這些基因被證實(shí)與抗病防御和環(huán)境適應(yīng)性等性狀相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，野生稻中的抗病基因豐度和多樣性均高于栽培稻，已精準(zhǔn)定位到1,184個(gè)野生稻中拷貝數(shù)高于栽培稻的抗病基因位點(diǎn)，其中包括2個(gè)已驗(yàn)證的抗稻瘟病基因。這證實(shí)野生稻堪稱作物改良的“戰(zhàn)略資源庫”，可為培育抗病耐逆的水稻品種提供直接的基因來源。

該研究基于高質(zhì)量的基因組序列，對亞洲栽培稻各類群中的早期關(guān)鍵馴化基因進(jìn)行單倍型分析，證明所有亞洲栽培稻的馴化位點(diǎn)均來源于粳稻祖先Or-IIIa，證實(shí)亞洲栽培稻單起源假說，為持續(xù)數(shù)十年的學(xué)術(shù)爭議提供證據(jù)。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)，南亞各栽培稻類群之間存在廣泛的基因交流，并由此定義了新的栽培稻亞群intro-indica，繪制出一幅更全面的水稻進(jìn)化和馴化路線圖。

上述研究構(gòu)建了近飽和的野生稻泛基因組數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了野生稻遺傳資源的系統(tǒng)性整合，彌合了野生稻和栽培稻基因組學(xué)研究的差距?？茖W(xué)家可據(jù)此精準(zhǔn)挖掘野生稻優(yōu)勢等位基因，追溯重要基因的起源，解析水稻環(huán)境適應(yīng)與表型可塑性機(jī)制。同時(shí)，這一研究為實(shí)現(xiàn)水稻快速從頭馴化、精準(zhǔn)培育抗逆性強(qiáng)、資源利用率高、產(chǎn)量突破的新品種提供了關(guān)鍵的基因資源。

4月16日，相關(guān)研究成果以《野生和栽培稻精細(xì)泛基因組圖譜》（A pangenome reference of wild and cultivated rice）為題，在線發(fā)表在《自然》（Nature）上?！蹲匀弧?/span>同期發(fā)布了題為Unlocking the diversity of wild and domesticated rice的研究簡報(bào)。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。

論文鏈接

野生稻和栽培稻泛基因組圖譜

亞洲栽培稻進(jìn)化路線圖