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　　亞洲栽培稻（一般稱為水稻）是世界上最重要的糧食作物之一，是中國第一大糧食作物，養(yǎng)活了80％以上的中國人口。在水稻與其它約23個物種共同組成的稻屬植物中，它和7個稻種（普通野生稻<Oryza rufipogon>、尼瓦拉野生稻<Oryza nivara>、非洲栽培稻<Oryza glaberrima>、短舌野生稻<Oryza barthii>、展穎野生稻<Oryza glumaepatula>、長雄蕊野生稻<Oryza longistaminata>和南方野生稻<Oryza meridionalis>）都是AA基因組類型，這些水稻近緣物種間斷分布于亞洲、非洲、澳洲和南美洲的熱帶與亞熱帶地區(qū)。由于與水稻有著密切的親緣關(guān)系，它們蘊(yùn)藏著相當(dāng)多人類尚未認(rèn)識與利用的優(yōu)異基因，迄今水稻常規(guī)育種取得的大多數(shù)突破幾乎都與發(fā)掘利用這些AA基因組野生稻的優(yōu)異基因相關(guān)。例如，袁隆平院士等利用海南島的一株雄性不育普通野生稻（野敗）中的細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因，育成了聞名中外的雜交水稻，掀起了第二次水稻的綠色革命。AA基因組物種中蘊(yùn)藏優(yōu)異基因資源的發(fā)掘利用對拓寬我國和世界水稻育種的遺傳基礎(chǔ)、確保稻米生產(chǎn)國的安全具有重大戰(zhàn)略意義。 

　　中國科學(xué)院昆明植物研究所高立志研究員帶領(lǐng)的植物種質(zhì)資源、基因組學(xué)與生物信息學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，自2007年以來，通過基因組建庫與測序關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握和基因組序列拼接、注釋與分析等生物信息學(xué)平臺的構(gòu)建，低成本、自主地完成了稻屬植物AA-基因組5個物種（尼瓦拉野生稻<Oryza nivara>、非洲栽培稻<Oryza glaberrima>、短舌野生稻<Oryza barthii>、展穎野生稻<Oryza glumaepatula>和南方野生稻<Oryza meridionalis>）核基因組的測序和拼接，獲得了高質(zhì)量基因組參考序列。該項(xiàng)目測序工作主要利用該所國家大科學(xué)裝置中國西南野生生物種質(zhì)資源庫購置、我國第一臺安裝使用的二代高通量測序儀Solexa GA II上完成，生物信息學(xué)分析則依托于中國科學(xué)院超算中心西南分中心的超算平臺。 

　　該研究團(tuán)隊(duì)在國際上首次構(gòu)建了包括水稻的稻屬植物AA基因組物種共6個近緣物種的比較與進(jìn)化基因組學(xué)研究框架。在基因組水平上獲得了近緣植物基因組與基因變異及進(jìn)化的式樣，以及物種形成遺傳基礎(chǔ)的嶄新認(rèn)識；鑒定得到了與這些稻屬物種形態(tài)性狀變異、開花發(fā)育多樣化、生殖隔離形成密切關(guān)系的大量基因組結(jié)構(gòu)變異，揭示了不同物種特有的基因家族擴(kuò)張、丟失、重要功能基因缺失及其功能后果。此外，對稻屬植物AA基因組物種6個近緣物種的比較分析，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)高比例的重要功能基因受到了達(dá)爾文自然選擇的影響，它們與水稻開花發(fā)育、繁殖、生物與非生物抗性等生物學(xué)過程密切相關(guān)，這些功能與進(jìn)化上多樣化的基因關(guān)乎稻屬植物AA基因組物種在亞洲、非洲、澳洲和南美洲的物種形成過程中及后來的生境適應(yīng)；解析了非編碼RNA基因的數(shù)量變異、基因功能的不同富集程度與進(jìn)化速率差異與這些稻種的表型變異、開花發(fā)育和生態(tài)適應(yīng)（如干旱和磷匱乏等）相關(guān)；詮釋了亞洲栽培稻及其野生祖先種與非洲栽培稻及其野生祖先種的在亞洲和非洲的不同適應(yīng)性進(jìn)化歷史，揭示了亞洲栽培稻相對于其它近緣物種基因組與基因的變異與進(jìn)化規(guī)律。 

　　水稻粳稻（日本晴）基因組的精細(xì)圖譜已經(jīng)獲得，隨后我國科學(xué)家自主地完成了秈稻（9311）基因組框架圖譜的測序。繼上述稻屬植物AA基因組5個物種高質(zhì)量基因組參考序列的獲得，目前該研究團(tuán)隊(duì)還完成了高度雜合的普通野生稻（O. rufipogon）和長雄蕊野生稻（O. longistaminata）基因組精細(xì)圖譜的繪制。迄今為止，稻屬植物AA基因組8個物種基因組圖譜宣布全部完成。 

　　上述成果為我國和世界水稻科學(xué)家高效地發(fā)掘與利用野生稻種質(zhì)資源中豐富的功能變異基因提供了平臺。在水稻及其近緣物種中鑒定得到的豐富基因組、蛋白基因與非編碼RNA基因變異圖譜、一大批諸如受達(dá)爾文自然選擇的候選重要功能基因以及數(shù)以萬計(jì)的遺傳標(biāo)記的獲得，必將促進(jìn)水稻重要功能基因的規(guī)模化解析，為有效地推動我國和世界水稻品種改良和新種質(zhì)創(chuàng)制提供了機(jī)遇。此外，稻屬植物8個近期快速形成與分化物種的比較、進(jìn)化與功能基因組學(xué)研究體系的建立，將成為國際植物學(xué)界未來深入開展植物基因組與基因進(jìn)化研究不可多得的優(yōu)秀模式與重要起點(diǎn)，為詮釋決定植物物種形成、生態(tài)適應(yīng)的進(jìn)化與功能基因組學(xué)基礎(chǔ)起到了非常重要的作用。野生稻種質(zhì)資源在我國和世界熱帶、亞熱帶地區(qū)瀕危狀況嚴(yán)重，亟待加強(qiáng)保護(hù)。毋庸置疑，事關(guān)現(xiàn)在并適應(yīng)未來全球氣候變化的水稻新品種改良的近親野生稻全基因組計(jì)劃的完成，對奠定我國和世界野生稻種質(zhì)資源保護(hù)的科學(xué)基礎(chǔ)、促進(jìn)野生稻保護(hù)基因組學(xué)研究的開展具有重要意義。上述成果標(biāo)志著國家大科學(xué)裝置中國西南野生生物種質(zhì)資源庫基因組學(xué)、種質(zhì)資源與生物信息學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與平臺建設(shè)取得重要進(jìn)展，將對云南豐富的野生植物種質(zhì)資源的研究、保護(hù)與發(fā)掘利用產(chǎn)生重要影響。 

　　該成果于2014年11月3日以“Rapid diversification of five Oryza AA genomes associated with rice adaptation”為題在線發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》（Proc. Natl. Acad. Sci. USA）；該研究團(tuán)隊(duì)博士生張群潔、朱婷、夏恩華、施超、劉云龍、張昀和劉源為并列第一作者 。

    文章鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2014/10/31/1418307111

圖1 稻屬植物AA-基因組六個物種的比較基因組學(xué)

圖2 稻屬植物 AA 基因組的快速進(jìn)化

圖3 稻屬植物AA-基因組物種基因家族的進(jìn)化

圖4 水稻花發(fā)育生物學(xué)過程中受達(dá)爾文自然選擇的基因