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我国科学家证实亚洲稻多起源假说

新京报 2021-02-20 19:32:24
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我国科学家证实亚洲稻多起源假说

亚洲是最大的水稻生产和消费区域,水稻也被称为“亚洲的粮食”。中国农科院供图

水稻是世界上食用人口最多的主食之一,是世界第三大农作物。亚洲是最大的水稻生产和消费区域,水稻也被称为“亚洲的粮食”。同时,亚洲也是水稻的起源地,在数千年的栽培历程中形成了独特的稻作文化。

然而,从野生稻到现在的粳稻、籼稻,究竟是如何演变的,过去一直有两种假说,徐建龙研究员介绍,一种假说是单起源假说,认为亚洲栽培稻是从单一的野生祖先类群起源,然后为适应不同的生态和地理环境分化为籼、粳2个亚种;另一种是多起源假说,认为籼、粳2个亚种独立起源于不同的野生祖先类群。

现代水稻育种中,最迫切的需求是加速育种进程、提升高产潜力和稳产性、兼顾品质改良等。徐建龙介绍,该团队于2018年牵头完成了“3000份水稻基因组计划”,该计划从三个主要方面揭示了水稻核心种质的基因组多样性,一是检测出超过3200万个高质量单核苷酸多态性;二是发现了3万多个水稻编码基因上的存在缺失变异;三是揭示了超过9.3万个结构变异。

我国科学家证实亚洲稻多起源假说

现代水稻育种中,最迫切的需求是加速育种进程、提升高产潜力和稳产性、兼顾品质改良等。中国农科院供图

不过,作为水稻种内遗传多样性的另一个重要方面,基因编码区的功能单倍型(功能等位基因)在水稻种质资源中的变异特征尚不清晰。也就是说,野生稻演变成粳稻和籼稻的过程及彼此间基因编码区功能单倍型的关系,仍不清楚。

“同一物种为何会表现出不同的性状,功能单倍型(功能等位基因)的差异是关键,”徐建龙说,“日本晴是全球第一个完成最精细全基因组测序的品种,在水稻功能基因组的众多研究中都具有非常重要的参考意义。所以,我们以日本晴为参考基因组,对3010份水稻核心种质基因组变异进行了分析,构建了一个由45963个基因组成的全基因组基因功能单倍型数据集,这一数据集全面揭示了亚洲栽培稻基因功能单倍型自然变异特征,证实了亚洲栽培稻多起源假说。”

我国科学家证实亚洲稻多起源假说

我国科学家对3010份水稻核心种质基因组变异进行了分析,构建了一个由45963个基因组成的全基因组基因功能单倍型数据集,这一数据集全面揭示了亚洲栽培稻基因功能单倍型自然变异特征。中国农科院供图

此外,研究还评估了现代育种对全基因组功能单倍型多样性的影响,对已克隆基因的有利功能单倍型进行了深入挖掘。徐建龙介绍,“我们发现,基于功能单倍型数据在全基因组关联分析中有更大的功效,在多数性状上具有更高的预测力。为此,我们还开发了适用于功能单倍型数据全基因组关联分析和全基因组预测的软件包,为今后水稻基因的基础研究和复杂性状有利等位基因发掘提供极大便利,全面助力水稻分子设计育种。同时也对其他作物群体基因组、功能基因组和设计育种研究具有借鉴意义。”

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程等项目资助。

新京报记者周怀宗

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