为全球水稻育种指引方向

2018-04-27 07:00 来源:光明网-《光明日报》 

  中外科学家共同完成亚洲栽培稻基因组研究项目——

为全球水稻育种指引方向

  “以往研究水稻基因,阐明一个基因的功能就是一篇大成果,这次通过大协作,针对3010份种质资源进行如此大规模的集中测序,成果的突破是‘爆炸’性的,分量格外重。”联合国粮农组织原助理总干事王韧给出了这样的评价。北京时间4月26日凌晨,国际学术期刊《自然》以长文形式报道了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家单位共同完成的“3010份亚洲栽培稻基因组研究”项目。

  历时7年,联合中国、美国、法国和菲律宾4国科研力量,16家主要单位通力协作,这一由我国科学家领衔完成的水稻核心种质资源基因组测序成果,将为全球水稻的精准育种提供清晰便捷的“导航地图”。

  为水稻育种建立永久基因信息平台

  民以食为天,食以粮为先。预计到2050年,全球的稻米产量必须增加一倍才能满足未来人口增加的需求,如何培育高产优质的水稻新品种一直是育种专家面临的巨大挑战。中国农科院作物科学研究所所长刘春明指出,传统育种依赖于不同水稻品种长期的大规模稻田杂交和选择实验,科学家对调控水稻产量品质等性状的基因“看不见摸不着”,导致育种效率低,育成一个新品种往往需要10年以上。

  20世纪末,基因技术的引入让弄清水稻的遗传奥秘成为可能,但水稻基因组基因数量庞大,变异极为丰富,针对单个基因进行育种效率低、进展慢。科学家一直在思索:能不能一次性大规模地剖析所有水稻基因与性状之间的对应调控关系,按照目标的不同,来设计并高效“制作”水稻新品种?

  “3010份亚洲栽培稻基因组研究”由此应运而生。刘春明介绍,此前,科学家在单一参考水稻基因组中发现的基因数只有36000多个,通过本次研究,一下子发现了12000多个全长水稻新基因,极大地丰富了人类对水稻基因组的认识。项目组通过数据开放共享,将这些研究成果和种质资源向全世界发布,为水稻育种建立了一个永久的基因信息平台,为育种专家树立了精确的“导航牌”。国际水稻研究所首席科学家R.S.汉密尔顿评价:“利用本次研究成果的信息,从一个性状发现到品种育成只需要短短几年就可以实现。”

  理清“家谱”为水稻起源正名

  籼稻和粳稻是老百姓最为熟悉的两种稻米类型。考古学家认为,亚洲栽培水稻中“籼”“粳”两大亚种源于中国,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却一直存有争议。本次研究通过对3010份亚洲水稻种质资源的起源、分类和驯化规律的深入分析,为水稻的起源正了名。

  黎志康介绍,日本学者加藤茂范于1928年将“籼”“粳”称为indica和japonica,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,是误导。”

  此前,我国老一辈著名水稻专家丁颖把籼稻定名为籼亚种,粳稻定名为粳亚种。在维基百科中也标注了粳稻。本次研究通过对水稻大量重要进化相关基因的分析发现,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,科学家们绘制出了亚洲栽培稻的明晰“家谱”,首次提出了籼、粳亚种的独立多起源假说,并恢复使用籼、粳亚种的正确命名。“我们不否定别的国家对水稻研究的贡献,但我们也不能低估中国古人对水稻驯化育种过程中的努力和贡献,而今我们非常坚定地证明,中国是最早的水稻起源地。”中国农业科学院作物科学研究所研究员张学勇说。

  为育成特殊功能水稻奠定基础

  小小基因,记录着与水稻的高产优质、美味香色以及与生长期、抗病抗虫、耐旱耐涝、抗倒伏等所有性状相关的遗传信息。“我认为,本次研究成果使袁隆平等许多育种专家设计育种之梦的实现前进了一大步。”王韧说。

  “利用本次项目的成果,育种专家可以培育许多创新种子。比如针对糖尿病人不能吃升糖快的糯米这一问题,可以利用基因技术培育出支链淀粉含量低、升糖慢的品种。而针对儿童缺乏维生素b族和微量元素的问题,也可以通过调控稻米的相关基因来培育某种维生素、微量元素含量高的种子。这些将为精细育种奠定基础,大大提高育种效率。”

  据中国农科院作物科学研究所研究员黎志康介绍,3010份水稻基因组测序的完成仅仅是一个开端,随着分析的深入和更多数据的产生,包含水稻全部优良基因多样性及其功能的数据库必将更加庞大与精细,人们可以从中找到与任何性状相关的关键基因并应用到育种实践中。这将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,为我国乃至全球农业研究水平带来更大飞跃。

  (光明日报记者 杨舒)

  《光明日报》( 2018年04月27日 08版)

[责任编辑:张璋]

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