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          水稻基因組“隱藏”變異
          2021-07-06 09:47:12 編輯:羅佳 來源:農財網

              日前,全球知名學術期刊《細胞》雜志在線發布了四川農業大學省部共建“西南作物基因資源發掘與利用國家重點實驗室”水稻研究所李仕貴、欽鵬團隊聯合中科院遺傳與發育生物學研究所梁承志研究員團隊完成的題為“Pan-genome analysis of 33 genetically diverse rice accessions reveals hidden genomic variations”(《基于33個水稻遺傳多樣性材料的泛基因組分析揭示“隱藏”的基因組變異》)的研究論文。該研究被審稿人評價為“泛基因組學研究的經典之作”。

          揭開水稻基因變異的秘密

              李仕貴、欽鵬團隊選取了具有遺傳多樣性的33個水稻材料,利用第三代長片段測序數據,對其中31份材料進行了高質量基因組組裝及基因注釋。結合已報道的“日本晴”和“蜀恢498”兩個材料的參考基因組,經過系統的比較分析,共鑒定到171072個結構性變異和22549個基因拷貝數變異。

                這些基因組變異很難利用傳統手段鑒定到,絕大多數在先前研究中均未發現,但在農藝性狀調控中發揮重要作用。例如,著名日本優質稻品種“越光”中一個早熟位點(qDTH7-3),可能由OsMADS18基因在“越光”產生兩個拷貝,導致表達量升高從而表現早熟表型。

                揭示這些結構性變異的方向對理解水稻的進化和馴化遺傳基礎也有重要意義。例如,有研究認為,秈稻群體中兩個與植物激素“獨腳金內酯”合成相關基因SLB1和SLB2的缺失是被人工選擇到的。但此次研究分析發現,很可能是粳稻中獲得SLB1和SLB2基因序列,或因其能幫助磷的吸收提高產量而被保留下來。

          首次構建水稻圖形基因組

               “亞洲人和非洲人之間基因是有差異的,如果只研究非洲人的基因怎么能夠掌握全人類的基因信息呢?”欽鵬認為,傳統基因組學研究就有類似弊端,其將不同堿基以線性的形式存儲于染色體上,并且多基于一個參考基因組來獲取一個物種的基因信息。

                 在欽鵬看來,線性基因組不能同時體現一個物種中不同個體的遺傳變異情況,并且大片段地插入、缺失、拷貝數等變異類型也無法有效鑒定。因此,構建囊括一個物種所有遺傳信息的新型存儲形式的泛基因組,已成為當前基因組學研究的重要任務。

                 圖形基因組的出現正好解決了這一難題。它突破了傳統線性基因組只能存儲一個個體遺傳信息的局限性,可以存儲、展示某類群中不同個體的遺傳變異信息,從而真正代表一個類群的遺傳信息。結合鑒定到的大量結構性變異,研究人員首次構建了水稻圖形基因組,是水稻中迄今最為完整的基于圖形結構的泛基因組。

                 為了方便廣大研究人員使用相關數據,研究團隊還搭建了網站RiceRC.com,便于使用基因組序列和查詢遺傳變異等內容,從而促進水稻功能基因組學和育種應用研究。

                “卡脖子’實際上就是卡在基因上!崩钍速F表示,本研究打開了結構變異研究的大門,有助于加速水稻功能基因組學和分子設計育種研究,為選育高產優質、綠色安全水稻新品種提供基礎支撐。

                 科研既要頂天,也要立地。面對種業“卡脖子”難題,李仕貴表示,作為科研工作者要迎難而上,不斷攻關。下一步,團隊將把研究成果運用到育種工作中,力爭培育出更多產量高、品質好、抗性強的水稻品種,“始終把中國人的飯碗牢牢端在自己手中”。

                 據了解,本研究是四川農大繼陳學偉團隊之后,再次在《細胞》雜志上發表論文,也是該校第3篇頂級學術期刊論文。該研究得到了國家重點研發計劃、自然科學基金重大研究計劃集成項目、中科院先導計劃和該校雙支計劃的支持。

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