本網(wǎng)訊 近日，農(nóng)學(xué)院講席教授黎志康團(tuán)隊(duì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所徐建龍研究員團(tuán)隊(duì)在Molecular Plant發(fā)表了題為“The landscape of gene-CDS-haplotype diversity in rice (Oryza sativa L.): properties, population organization, footprints of domestication and breeding, and implications in genetic improvement”的研究論文。該研究首次全面揭示了亞洲栽培稻基因功能單倍型在水稻核心種質(zhì)中的自然變異特征。
水稻種內(nèi)極為豐富的遺傳變異是遺傳改良的基礎(chǔ)。2018年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所牽頭安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)等多家單位完成了“3000份水稻基因組計(jì)劃”（Wang, et al. Nature），揭示了水稻核心種質(zhì)的基因組多樣性。然而，作為水稻種內(nèi)遺傳多樣性最重要的方面—基因編碼區(qū)（CDS）的功能單倍型在水稻種質(zhì)資源中的變異特征尚不清晰。
為了使“3000份水稻基因組計(jì)劃”的研究成果盡快用于推進(jìn)全球水稻功能基因組和分子設(shè)計(jì)育種研究，農(nóng)學(xué)院講席教授黎志康研究員領(lǐng)導(dǎo)的水稻分子設(shè)計(jì)育種團(tuán)隊(duì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所徐建龍研究員團(tuán)隊(duì)以日本晴為參考基因組，基于3000份水稻核心種質(zhì)CDS區(qū)的非同義SNP數(shù)據(jù)，構(gòu)建了45963個(gè)水稻基因組成的全基因組基因功能單倍型（gcHap）數(shù)據(jù)集并進(jìn)行了深入分析，獲得了以下幾方面重要結(jié)果：
第一、亞洲栽培稻種內(nèi)存在極為豐富的功能等位基因自然變異，表現(xiàn)為超過(guò)1040萬(wàn)個(gè)功能等位基因（平均每個(gè)基因226個(gè)）；第二、依據(jù)大多數(shù)功能等位基因表現(xiàn)的群體特異性，進(jìn)一步提出亞洲栽培稻的多起源假說(shuō)；第三、與地方品種相比，現(xiàn)代品種中功能等位基因多樣性普遍增加，秈稻和粳稻中平均每個(gè)基因上丟失超過(guò)50%的稀有等位基因，大多數(shù)為自然選擇所偏愛(ài)的優(yōu)勢(shì)等位基因并不為現(xiàn)代育種的人工選擇所鐘愛(ài)；第四、分別基于SNP和gcHap數(shù)據(jù)在模擬試驗(yàn)和24個(gè)農(nóng)藝性狀上的全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，gcHap數(shù)據(jù)在檢測(cè)控制復(fù)雜性狀基因上有更大的功效（在多數(shù)性狀上具有更高的預(yù)測(cè)力），開(kāi)發(fā)了適用于gcHap數(shù)據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)分析和全基因組預(yù)測(cè)的軟件包“HAPS”。
作為第一個(gè)全方位揭示物種內(nèi)功能等位基因多樣性的研究，該研究結(jié)果對(duì)其他物種的群體基因組、功能基因組和設(shè)計(jì)育種研究有三方面的啟示。第一、動(dòng)物（豬、雞、狗等）和異花授粉的植物（如玉米等）中的基因功能等位基因變異應(yīng)更為豐富，有待于揭示；第二、剖析不同主要功能等位基因的功能（包括表型）差異應(yīng)該是功能基因組研究的重要方面，有待加強(qiáng)；第三、 如何高效地挖掘和利用物種內(nèi)的有利功能等位基因?qū)⑹俏磥?lái)設(shè)計(jì)育種尤其是復(fù)雜性狀分子改良成功與否的關(guān)鍵。
農(nóng)學(xué)院水稻分子設(shè)計(jì)育種團(tuán)隊(duì)成員中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所張帆副研究員、王春超助理研究員、農(nóng)學(xué)院黎珉副教授和河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院崔彥茹副教授為論文共同第一作者；農(nóng)學(xué)院講席教授，水稻分子設(shè)計(jì)育種團(tuán)隊(duì)PI黎志康研究員和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所徐建龍研究員為共同通訊作者。農(nóng)學(xué)院石英堯副教授、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所已畢業(yè)博士研究生吳志超（本科為農(nóng)學(xué)院2009級(jí)種子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)）、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所王文生研究員（團(tuán)隊(duì)成員）以及美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校胡智強(qiáng)博士也參與了本研究。本研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)高層次人才項(xiàng)目（RC311901）等的資助。（通訊員：仇飛）
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.02.003
