作為一半以上地球人類賴以生存的糧食作物，水稻最近有了一份超級泛基因組圖譜。深圳科學家組裝了251份高質量的水稻基因組，獲得了迄今為止植物界群體規模最大的基因組學研究成果。

近日，《細胞生物學（Cell Research）》雜志上發表了由中國農業科學院（深圳）農業基因組研究所（下稱“基因組所”）牽頭組織，與中國農業大學、南京農業大學、中國水稻研究所、中國科學院遺傳與發育生物學研究所等單位聯手完成的《水稻超泛基因組圖譜》，幫助人類更好地了解水稻功能基因和利用種質資源。

栽培水稻歷史

已有1萬多年

專家表示，泛基因組是指一個物種內所有基因組信息的總和，相比單一參考基因組，泛基因組信息包含了豐富的遺傳多樣性，可有效降低參考基因組偏差對遺傳變異檢測的影響。

為了更好地研究稻屬的遺傳變異，科研人員從5年前開始啟動這項研究。

考古學研究成果揭示，人類最早栽培水稻的歷史距今已有逾1萬年。“水稻馴化的過程中經歷了高強度的人工選擇，導致栽培稻相對于野生稻祖先遺傳多樣性減少，成為目前培育水稻品種的制約因素之一。”該研究的第一作者、基因組所研究員商連光告訴記者，特別是近15年，水稻培育更側重于高產，產量平均提升了13.33%，卻喪失了更多的有利基因，比如一些抗病、氮高效基因。

測序數據多達

9.42萬億字節

水稻是中國第一大糧食作物，中國也是世界上最早種植水稻的國家。在水稻基因組學研究上，中國一直走在世界前列。20年前，中國科學家獨立繪制完成并成功“解讀”了水稻基因序列，這也是人類第一次在基因組層面認識了水稻。

“稻屬供應了地球一半以上人類的口糧，但其實只有亞洲稻和非洲稻兩個種，它們之間不僅是地理上遠隔重洋，從基因組學研究上看也是獨立起源，有著生殖隔離。”商連光表示，此前的研究不僅沒有實現亞洲稻、非洲稻的系統化比較和研究，兩種野生稻中還存有大量的遺傳變異未被發掘，也未能實現群體水平最完整的序列多樣性分析。這項研究通過地理分布來源、基因型和表型變異精心選擇了251份水稻材料，其中包括了202份亞洲栽培稻、28份普通野生稻、11份非洲栽培稻和10份短舌野生稻。

這項研究涉及數據非常龐大，僅高深度、長讀長（也稱“三代測序”）測序數據多達9.42萬億字節（TB）。5年來，該研究已完成構建4個水稻泛基因組。

該研究的并列第一作者、基因組所在讀博士生李笑霞表示，研究人員利用基因組所和中國水稻研究所提供的超算平臺，對251份水稻核心種質資源的原始測序數據進行基因組組裝、基因組注釋等分析工作，進而構建了目前植物中群體規模最大、基因組注釋最充分、研究最為系統的稻屬超級泛基因組。

251份水稻資源

種植在大鵬基地

通過這項研究，科研人員不僅獲得了一份高質量的稻屬泛基因組圖譜，并整合數據開發了在線網站，讓科研人員能高效方便地利用這些海量的基因組學數據。通過數據檢索，科研人員可根據研究需要，高效地獲得特定水稻品種基因組序列、基因在群體中的變化。

種質資源收集是保障國家糧食安全的“國之重器”。目前，科研人員將這251份水稻資源種植在深圳大鵬新區的中國農業科學院深圳綜合試驗基地。商連光表示，這些水稻之間差異甚大，最高的2米，最矮的僅70厘米，都是非常具有代表性的全球核心種質資源。結合這項研究所取得的高質量組學數據，育種人員可充分利用這251份水稻資源，進行優異基因聚合，創制新的育種材料，實現更高水平的分子設計育種，加速完成將更多優質、高產、廣適、綠色水稻的良種材料把握在自己手中的使命。（記者 張妍）