中國科學家水稻基因研究成果發布

北京時間4月26日凌晨1點，國際頂級期刊《自然》雜誌在線長文報道了「3010份亞洲栽培稻基因組研究」成果。該研究由中國農業科學院作物科學研究所牽頭，聯合國際水稻研究所、上海交通大學、深圳農業基因組研究所、美國亞利桑那大學等16家單位共同完成。這是國內外水稻研究專家大協作的重大成果，體現了中國農業科學在水稻基因組研究方面居於世界領先位置，擴大了我國水稻功能基因組研究國際領先優勢

專家介紹，「3010份亞洲栽培稻基因組研究」這一重大科技成果將推動水稻規模化基因發掘和水稻複雜性狀分子改良，提升全球水稻基因組研究和分子育種水平，加快優質、廣適、綠色、高產水稻新品種培育。為此，經濟日報記者採訪了中國農業科學院有關負責人。

掌握水稻核心種質資源

作為我國最重要的糧食作物，水稻的品質和產量與人們生活息息相關。其中，種質資源遺傳多樣性的利用對於育種成果影響巨大

水稻是全球最重要的作物之一。在中國，水稻是最重要的糧食作物，國民三分之二的口糧都是水稻。尤其對於南方人來說，不吃米飯就如同沒吃飯一樣。

改革開放以後，我國水稻科學研究取得了非常重要的進展，包括雜交育種、傳統育種方法等領域，都取得了巨大突破。

然而，面對氣候變化、資源短缺等新形勢，還需要不斷適應人們對高品質、多功能等美好生活的要求。這對水稻育種科學提出了新的要求——在傳統育種基礎上如何更加高效，做到高質、多功能，滿足不同人群的營養健康需要。其中，科學技術的發展成為至關重要的解決方案和解決手段。

作為此次研究成果的發起人，中國農業科學院作物研究所研究員黎志康表示，無論過去還是未來，育種成果都取決於我們對種質資源遺傳多樣性的利用。「全球共計保留了78萬份水稻種質資源，如何在育種上好好利用，一直是我們面臨的巨大挑戰。」黎志康說。

為弄清水稻基因組中隱藏的「秘密」，2011年9月份，中國農業科學院聯合國際水稻研究所等16家單位共同啟動了「3000份水稻基因組研究計劃」。這一研究旨在通過測序及分析建立核心種的基因型和重要農業性狀表型資料庫，開展全基因組的關聯分析，進而規模化發掘優良基因，提高水稻重要農業性狀的分子育種效率，加快高產、優質、廣適新品種培育進程，全面提升我國水稻分子育種水平。

專家介紹，「3010份亞洲栽培稻基因組研究」所採用的3010份水稻材料，經過了團隊非常嚴格和精確的分層取樣。這些取樣來自於中國及南亞、東南亞等89個國家，集中在水稻多樣性的中心區域，代表了78萬份水稻種質資源約95%的遺傳多樣性。

該研究針對水稻起源、分類和馴化規律進行了深入探討，揭示了亞洲栽培稻的起源和群體基因組變異結構，剖析了水稻核心種質資源的基因組遺傳多樣性。

黎志康認為，此次研究成果的完成僅僅是一個開端，隨著深入分析和更多數據產生，包含水稻全部優良基因多樣性的資料庫將更加龐大與精細，人們可以從中找到與任何性狀相關的關鍵基因，並應用到育種實踐中。這將為開展水稻全基因組分子設計育種提供足夠的基因來源和育種親本精確選擇的遺傳信息，為培育高產、優質、多抗水稻新品種奠定基礎。

黎志康研究員（左）在田間指導水稻育種。記者 常理 攝

探明水稻起源

通過對大量重要進化基因的分析，該研究首次提出了秈、粳亞種的獨立多起源假說，使中國源遠流長的稻作文化得到正確認識和傳承

早在我國2000多年前的漢代，亞洲栽培水稻中「秈」「粳」兩大亞種已被人們所認知。然而，秈、粳稻的起源和命名在國際上一直存有爭議。日本學者加藤茂范於1928年將「秈」「粳」稱為indica和japonica，並一直沿用至今。實際上，這兩個名字分別是拉丁語中「印度」和「日本」的意思，這錯誤地反映了秈、粳的親緣關係、地理分布和起源。我國老一輩著名水稻專家丁穎先生把秈稻定名為秈亞種，粳稻定名為粳亞種。

對此，「3010份亞洲栽培稻基因組研究」通過對大量重要進化相關基因的單倍型和泛基因組分析發現，秈稻攜帶的很多基因不存在於粳稻中，粳稻的很多基因也不存在於秈稻中。此外，不同地理來源的水稻農家品種群體都帶有特異的基因家族。根據這些結果，該研究首次提出了秈、粳亞種的獨立多起源假說，並建議恢復使用秈、粳亞種的正確命名，使中國源遠流長的稻作文化得到正確認識和傳承。

我國小麥基因組學專家張學勇研究員評價認為，秈稻和粳稻是中性的名詞，不帶有明顯地域性，這應該是全世界搞水稻、搞農業的科學家都願意接受的。

此外，這一研究對亞洲栽培稻群體的結構和分化進行了更為細緻準確的描述和劃分，由傳統的5個群體增加到9個，分別是東亞（中國）的秈稻、南亞的秈稻、東南亞的秈稻和現代秈稻品種等4個秈稻群體；東南亞的溫帶粳稻、熱帶粳稻、亞熱帶粳稻等3個粳稻群體；以及來自印度和孟加拉的Aus和香稻。

為水稻基因貼「標籤」

該成果將極大推進水稻功能基因組和育種科學，科學家據此可以找到某個性狀的缺失具體是哪裡出現了問題，最終精準設計出水稻新品種

很多年前，世界糧食貢獻獎獲得者、國際水稻研究所原首席科學家庫什就提出了「設計水稻」的想法。如今，這一夢想正在逐步變為現實。

「我國近年來下大力氣開展基因組測序和功能基因組研究等工作，取得了很多專利，但是這些專利還沒辦法運用到育種上。」黎志康說，育種專家在進行親本雜交過程中，並不知道想要的基因在哪個親本里，或者用哪個親本來做效率比較高，只能根據經驗來判斷。

「3010份亞洲栽培稻基因組研究」成果為每個親本中的所有基因貼上了「標籤」。每份親本對應著怎樣的基因，大家從中可以一目了然，使本身抽象的基因轉化為育種專家能夠讀懂的數據。黎志康表示，此成果將極大推進水稻功能基因組和育種科學，在未來的3年到5年，將會有一大批相關成果湧現出來。

數以萬計的基因是通過組合調控特定的代謝途徑，最終體現在作物的性狀表達之上的。黎志康打了個比方，這就好比籃球比賽，上場的5個人得配合好，各有分工，才能打出好成績。如果找5個頂尖的後衛或者中鋒上去，都是不行的，一定要有最佳分工和搭配。基因也是一樣，有很多基因共同作用才能導致一個作物出現相應的性狀。如果影響某一代謝途徑的任何一個基因出現問題，那麼作物該性狀的表現就會出現問題。

「現在，通過全基因組掃描，我們可以找到特定品種某個性狀的缺失具體是由哪個或哪些基因出現了問題，然後從哪個親本里可以獲得所缺少的基因，再通過最佳育種手段將所需基因補上，就可以育成所需要的新品種。」黎志康說。

他表示，未來，要培育高產高效的綠色超級稻，其育種策略必須要把種質資源和基因組學技術進行整合，並建成基於資源組合的遺傳信息平台，使未來育種建立在大數據的精準遺傳信息上。如此研究出的高效育種策略才能真正達到「設計育種」——即需要什麼樣的品種就可以在比較短的時間內培育出來。

中國農業科學院作物科學研究所所長劉春明說：「過去5年，在生命科學領域產生最大的、革命性的新技術就是基因編輯，我們能夠非常有效地對基因組任何一個點位進行調整改變。這套技術將完全改變農業研究的步伐。」而這項技術本身就依賴於基因組。其中，3000個基因組代表著相當部分水稻的變異，「我們可以對變異的任何一個點位進行修飾改變，完全按照目標去修飾，也可以把它消除掉，這是未來基因組研究的重點」。劉春明說。

對此，中國農業科學院院長唐華俊表示，「下一步，我們要把水稻基因組研究與分子育種結合起來，儘快育成高品質、高質量的新品種，滿足不同人群的高品質需要」。

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