深圳科學家繪出水稻族群超級圖譜 測序數(shù)據(jù)多達9.42萬億字節(jié)

作為一半以上地球人類賴以生存的糧食作物，水稻最近有了一份超級泛基因組圖譜。深圳科學家組裝了251份高質量的水稻基因組，獲得了迄今為止植物界群體規(guī)模最大的基因組學研究成果。

近日，《細胞生物學(Cell Research)》雜志上發(fā)表了由中國農業(yè)科學院(深圳)農業(yè)基因組研究所(下稱“基因組所”)牽頭組織，與中國農業(yè)大學、南京農業(yè)大學、中國水稻研究所、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所等單位聯(lián)手完成的《水稻超泛基因組圖譜》，幫助人類更好地了解水稻功能基因和利用種質資源。

栽培水稻歷史

已有1萬多年

專家表示，泛基因組是指一個物種內所有基因組信息的總和，相比單一參考基因組，泛基因組信息包含了豐富的遺傳多樣性，可有效降低參考基因組偏差對遺傳變異檢測的影響。

為了更好地研究稻屬的遺傳變異，科研人員從5年前開始啟動這項研究。

考古學研究成果揭示，人類最早栽培水稻的歷史距今已有逾1萬年。“水稻馴化的過程中經歷了高強度的人工選擇，導致栽培稻相對于野生稻祖先遺傳多樣性減少，成為目前培育水稻品種的制約因素之一。”該研究的第一作者、基因組所研究員商連光告訴記者，特別是近15年，水稻培育更側重于高產，產量平均提升了13.33%，卻喪失了更多的有利基因，比如一些抗病、氮高效基因。

測序數(shù)據(jù)多達

9.42萬億字節(jié)

水稻是中國第一大糧食作物，中國也是世界上最早種植水稻的國家。在水稻基因組學研究上，中國一直走在世界前列。20年前，中國科學家獨立繪制完成并成功“解讀”了水稻基因序列，這也是人類第一次在基因組層面認識了水稻。

“稻屬供應了地球一半以上人類的口糧，但其實只有亞洲稻和非洲稻兩個種，它們之間不僅是地理上遠隔重洋，從基因組學研究上看也是獨立起源，有著生殖隔離。”商連光表示，此前的研究不僅沒有實現(xiàn)亞洲稻、非洲稻的系統(tǒng)化比較和研究，兩種野生稻中還存有大量的遺傳變異未被發(fā)掘，也未能實現(xiàn)群體水平最完整的序列多樣性分析。這項研究通過地理分布來源、基因型和表型變異精心選擇了251份水稻材料，其中包括了202份亞洲栽培稻、28份普通野生稻、11份非洲栽培稻和10份短舌野生稻。

這項研究涉及數(shù)據(jù)非常龐大，僅高深度、長讀長(也稱“三代測序”)測序數(shù)據(jù)多達9.42萬億字節(jié)(TB)。5年來，該研究已完成構建4個水稻泛基因組。

該研究的并列第一作者、基因組所在讀博士生李笑霞表示，研究人員利用基因組所和中國水稻研究所提供的超算平臺，對251份水稻核心種質資源的原始測序數(shù)據(jù)進行基因組組裝、基因組注釋等分析工作，進而構建了目前植物中群體規(guī)模最大、基因組注釋最充分、研究最為系統(tǒng)的稻屬超級泛基因組。

251份水稻資源

種植在大鵬基地

通過這項研究，科研人員不僅獲得了一份高質量的稻屬泛基因組圖譜，并整合數(shù)據(jù)開發(fā)了在線網(wǎng)站，讓科研人員能高效方便地利用這些海量的基因組學數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)檢索，科研人員可根據(jù)研究需要，高效地獲得特定水稻品種基因組序列、基因在群體中的變化。

種質資源收集是保障國家糧食安全的“國之重器”。目前，科研人員將這251份水稻資源種植在深圳大鵬新區(qū)的中國農業(yè)科學院深圳綜合試驗基地。商連光表示，這些水稻之間差異甚大，最高的2米，最矮的僅70厘米，都是非常具有代表性的全球核心種質資源。結合這項研究所取得的高質量組學數(shù)據(jù)，育種人員可充分利用這251份水稻資源，進行優(yōu)異基因聚合，創(chuàng)制新的育種材料，實現(xiàn)更高水平的分子設計育種，加速完成將更多優(yōu)質、高產、廣適、綠色水稻的良種材料把握在自己手中的使命。(張妍)