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重磅!Nature:终于恢复了“籼”、“粳”的中国式命名

2018-04-26来源:BioArt植物
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编者按:一篇由中国科学家主导完成的Nature长文首次出现了7位通讯作者和12位共同第一作者,某种程度上可以说是“史无前例”。然而更重要的是,该研究通过对3010份水稻基因组的分析提出亚洲栽培水稻起源的新观点并恢复命名,90年前由日本学者对“籼”、“粳”稻分别命名的indica(Oryza sativa L. subsp. indica Kato)和japonica(Oryza sativa L. subsp. japonica Kato)终于恢复为“籼”(Oryza sativa subsp. xian)、“粳”(Oryza sativa subsp. geng)亚种的正确命名,使中国源远流长的稻作文化得到正确认识和传承。同时,我们也欣喜的看到该Nature论文的正文中还出现了“籼”和“粳”的汉字(下图),这些成绩离不开中国一代又一代水稻专家的努力,让我们为他们点赞!

水稻是全世界最重要的粮食作物之一,培育高产、优质、多抗的水稻新品种具有重要的意义。目前,水稻功能基因组研究已经取得了巨大进展,然而如何将相关研究成果转化为育种家所能利用的分子设计育种信息,则必须对水稻种质资源的基因组信息进行充分了解。2011年9月,中国农业科学院、国际水稻研究所和华大基因在深圳共同启动“全球3000份水稻核心种质资源重测序计划”(3K Rice Genome Project),拉开了水稻核心种质资源全基因组测序和基因组分析的序幕。该项目对水稻种质资源进行大规模的基因组重测序和大数据分析,规模化发掘优良基因,突破水稻复杂性状分子改良的技术瓶颈,加快高产、优质、广适性新品种培育的进程,对基于全基因组信息的水稻分子设计育种具有重大的理论和实践意义。

2018年4月25日,由中国农业科学院作物科学研究所牵头,联合国际水稻研究所、上海交通大学、华大基因、深圳农业基因组研究所、安徽农业大学、美国亚利桑那大学等16家单位共同在国际顶级期刊Nature杂志以长文形式发表了题为“Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice”的研究论文。该研究针对水稻起源、分类和驯化规律进行了深入探讨,揭示了亚洲栽培稻的起源和群体基因组变异结构,剖析了水稻核心种质资源的基因组遗传多样性。这一重大成果将推动水稻规模化基因发掘和水稻复杂性状分子改良,提升全球水稻基因组研究和分子育种水平,加快优质、广适、绿色、高产水稻新品种培育。

该研究揭示了水稻种内丰富的遗传多样性,有助于从传统“经验育种”向现代“精准育种”跃升。本研究中,3010份水稻(来自全球89个国家和地区)代表了全球78万份水稻种质资源约95%的遗传多样性。通过对这些种质的研究,检测到32M的高质量SNPs和Indels,对亚洲栽培稻群体的结构和分化进行了更为细致和准确的描述和划分,由传统的5个群体增加到9个,分别是东亚(中国)的籼稻、南亚的籼稻、东南亚的籼稻和现代籼稻品种等4个籼稻群体,东南亚的温带粳稻、热带粳稻、亚热带粳稻等3个粳稻群体、以及来自印度和孟加拉的Aus和香稻;首次揭示了亚洲栽培稻品种间存在的大量微细(>100bp)结构变异(SVs,包括易位、缺失、倒位和重复);构建了亚洲栽培稻的泛基因组,包括12770个(62.1%)核心(core)基因家族和9050个(37.9%)分散式(distributed)基因家族。发现了1.2万个全长新基因。核心基因比较古老,大多数的新基因表现更年轻和长度偏短。进一步对3010份水稻基因组的分析将产生更多数据,可为开展水稻全基因组分子设计育种提供足够的基因来源和育种亲本精确选择的遗传信息,为培育高产、优质、多抗水稻新品种奠定基础。

Summary of SVs for the 453 high-coverage rice accessions.

本研究提出亚洲栽培水稻起源的新观点并恢复命名。在我国,亚洲栽培水稻中“籼”、“粳”(gěng)两大亚种早在2000多年前的汉代已被人们所认知,但籼、粳稻的起源和命名在国际上一直存有争议。日本学者加藤茂范于1928年将“籼”、“粳”称为indica(Oryza sativa L. subsp. indica Kato)和japonica(Oryza sativa L. subsp. japonica Kato),并一直沿用至今。从拉丁文标注可以看出,两个亚种用“印度”和“日本”来命名,带有很深的殖民主义烙印,也错误地反映了籼、粳的亲缘关系、地理分布和起源。我国老一辈著名水稻专家丁颖先生把籼稻定名为籼亚种,粳稻定名为粳亚种(O. sativa L. subsp. keng Ting)。在维基百科中(http://zh.wikipedia.org/wiki/% E7%B2%B3%E7%A8%BB)也标注了粳(geng)稻(学名Oryza sativa subsp. keng)。本研究通过对大量重要进化相关基因的单倍型和泛基因组分析发现,籼稻携带的很多基因不存在于粳稻中,粳稻的很多基因也不存在于籼稻中。此外,不同地理来源的水稻农家品种群体都带有特异的基因家族。根据这些结果,本研究首次提出了籼、粳亚种的独立多起源假说,并恢复使用籼(Oryza sativa subsp. xian)、粳(Oryza sativa subsp. geng)亚种的正确命名,使中国源远流长的稻作文化得到正确认识和传承。

Haplotype analyses and introgression.

同时,该研究也是国内外“大联合”—“大协作”—“大共享”典范。“全球3000份水稻核心种质资源重测序计划”启动后,2014年,3000份水稻基因组测序数据公开发布于NCBI、DDBJ、GigaScience、阿里云等数据库,与全球共享。同时,基于测序结果建立了若干重要数据库和资源:SNP和表型数据库(Rice SNP-Seek Database);3K 泛基因组数据库(RPAN: Rice Pan-genome Browser);另外,泛基因组和结构变异原始数据将发布在Nature旗下的Scientific Data杂志上。同时,该项目从国际水稻研究所引进了2400份水稻核心种质,极大丰富了我国的水稻遗传多样性。目前3000份水稻种质已经发放给中国科学院、武汉大学、华中农业大学等40家科研单位、高校和育种单位,发放超过4万份次,用于大规模发掘影响水稻高产、抗病虫、抗逆、优质新基因和育种应用,全面开始推进水稻全基因组分子育种。

该研究是国内外水稻研究专家大协作的重大成果,体现了中国农业科学在水稻基因组研究方面居于世界领先位置,并扩大了我国水稻功能基因组研究国际领先优势。在扩大开放的大背景下,重大数据共享和重大项目合作,为我国乃至全球农业研究水平带来更大的飞跃。

中国农业科学院作物科学研究所王文生副研究员为该论文的第一作者,黎志康研究员为该论文的通讯作者。国际水稻研究所Ramil Mauleon博士,上海交通大学胡智强博士生,国际水稻研究所Dmytro Chebotarov博士,华大基因太帅帅高级信息分析工程师,中国农业科学院作物科学研究所吴志超博士生,安徽农业大学黎珉博士,中国农业科学院作物科学研究所郑天清副研究员,国际水稻研究所Roven Rommel Fuentes博士,中国农业科学院作物科学研究所张帆副研究员,国际水稻研究所Locedie Mansueto博士和亚利桑那大学Dario Copetti博士为该篇论文的共同第一作者。国际水稻研究所Kenneth L. McNally和Nickolai Alexandrov高级科学家,上海交通大学生命科学与生物技术学院韦朝春教授,华大基因张耕耘博士,中国农业科学院深圳农业基因组研究所阮珏研究员,亚利桑那大学Rod A. Wing教授为该篇论文的共同通讯作者。

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[责任编辑:renxinxin] 标签: Nature 水稻命名 籼稻 粳稻
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