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基因和化石结合探寻水稻起源

2018-05-17 04:40 来源:光明网-《光明日报》 

  【科普小博士】

  作者:张田勘

  近日,国际学术期刊《自然》在线发表了绿色超级稻项目首席科学家、中国农业科学院作物科学研究所黎志康博士等人完成的最新成果,剖析了水稻核心种质的基因组遗传多样性,对水稻的起源、基因、分类和进化规律有了全新的更深入的认知。

  这一成果表明,中国夺回了对水稻命名的部分话语权,恢复了历史的真实。

  1928年,日本学者加藤茂范通过杂交等手段发现了籼稻和粳稻的区别。当时,加藤把籼稻称为“印度型”,把日本栽培极广的粳稻称为“日本型”。自此,籼稻和粳稻在国际上就一直沿用“indica”和“japonica”命名至今。

  然而,中国科学家对代表了全球水稻种质约95%多样性的核心种质的3010株水稻的基因组研究表明,这种命名并不符合实际情况。根据研究结果,中国研究人员首次提出,水稻的籼、粳亚种是独立的和多地起源,要求恢复使用籼(Oryza sativa subsp.xian)、粳(Oryza sativasubsp.geng)亚种的正确命名。所谓恢复是指,中国人早在2000多年前的汉代就已提出籼、粳稻的分类和命名。尽管这一正名受到藤茂范等人过去命名的制约,但科研结果更能说服重视证据的《自然》编辑及文章审稿人。也因此,这一颠倒的历史终于得到学术界的正名,也为未来的国际社会正名奠定了基础。

  中国研究人员对水稻起源研究的结果提出了一个更为重要的假说,即水稻的籼、粳亚种是独立的和多地起源。解决这种争论当然要靠科学研究的证据,而科学的证据主要在于实物(化石)和基因组两类证据缺一不可的共同证明。

  在实物证据上,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的植物考古学家日前采用植硅体分析方法,在位于浙江省龙游县的荷花山遗址中找到了距今1万多年前野生稻存在以及逐渐被驯化的证据,从土壤剖面中提取的植硅体来自一些野生稻叶片和稻壳。其中,在稻叶的扇形植硅体上,可以清晰地看见一种变化的趋势:年代越近,它们的数量越多、尺寸越大、鱼鳞状纹饰越多。

  据此,研究人员再次认定,水稻的起源和驯化是在中国的在长江中下游地区。水稻在中国推广种植后,很快传到东亚近邻国家。大约在3000多年前的殷周之交,中国水稻传至朝鲜、日本,南传越南。到了汉代,中国粳稻传到菲律宾。公元5世纪,水稻经伊朗传到西亚,然后经非洲传到欧洲、美洲以至全世界。

  但是,这与水稻基因组研究的结果有差异——中国研究人员从基因组获得的证据则提出,无论是籼、粳稻亚种都是独立多地起源。研究人员对来自全球的3010株水稻的基因组测序后,发现亚洲栽培稻品种间中存在9万个微细结构变异(包括易位、缺失、倒位和重复),同时发现了1.2万个全长新基因和数千个不完整的新基因。他们再次挑选出453份测序深度较高的水稻样本分析核心基因家族和分散式基因家族,获得12770个(62.1%)核心基因家族和9050个(37.9%)分散式基因家族,从而得出籼、粳稻亚种都是独立多地起源的假说。

  显然,未来需要对这两种证据进行整合,同时补充证据,才能得出更可靠和令人信服的结论。

  《光明日报》( 2018年05月17日 13版)

[责任编辑:徐皓]

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