(科学）中国科学家牵头研究成果发布，设计水稻不再是梦

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北京时间4月26日凌晨1点，国际顶级期刊《自然》报道了“3010亚洲栽培稻基因组研究”的结果。该研究由中国农业科学院作物科学研究所牵头，与国际水稻研究所、上海交通大学、深圳农业基因组研究所、亚利桑那大学等16家机构共同完成。这是国内外水稻研究专家合作的一大成果，表明我国农业科学在水稻基因组研究方面处于世界领先地位，拓展了我国水稻功能基因组研究的国际领先优势。

▲图片来源:经济日报

据专家介绍，“3010亚洲栽培稻基因组研究”的重大科技成果将推动水稻复杂性状的大规模基因探索和分子改良，提高水稻基因组研究和分子育种的全球水平，加快培育优质、广适、绿色、高产的水稻新品种。为此，《经济日报》记者采访了中国农业科学院相关负责人。

掌握水稻核心种质资源

水稻作为中国最重要的粮食作物，其品质和产量与人们的生活息息相关。其中，种质资源遗传多样性的利用对育种成果有很大影响

水稻是世界上最重要的作物之一。在中国，大米是最重要的粮食作物，三分之二的人的口粮是大米。尤其是南方人，不吃米饭就像不吃一样。

改革开放后，我国水稻科学研究取得了非常重要的进展，包括杂交育种、传统育种方法等领域，并取得了重大突破。

然而，面对气候变化、资源短缺等新情况，需要不断适应人们对高质量、多功能等美好生活的要求。这就对水稻育种学提出了新的要求——如何在传统育种的基础上更高效、优质、多功能，满足不同人群的营养和健康需求。其中，发展科技已经成为一个至关重要的解决方案和手段。

作为这一研究成果的发起人，中国农业科学院作物研究所研究员李志康表示，无论过去还是未来，育种成果都取决于我们对种质资源遗传多样性的利用。“全世界共保留了78万份稻种资源。如何在育种中利用好它，一直是我们面临的巨大挑战。”李志康说。

2011年9月，中国农业科学院、国际水稻研究所等16家单位联合发起“3000水稻基因组研究项目”，寻找水稻基因组中隐藏的秘密。本研究旨在通过测序分析，建立核心种重要农业性状基因型和表型数据库，进行全基因组关联分析，大规模发掘优良基因，提高水稻重要农业性状分子育种效率，加快高产、优质、广适新品种选育进程，全面提高我国水稻分子育种水平。

据专家介绍，“3010亚洲栽培稻基因组研究”中使用的3010份水稻材料，经过了该团队严格、准确的分层抽样。这些样本来自中国、南亚、东南亚等89个国家，集中在水稻多样性的中心区域，代表了78万份水稻种质资源遗传多样性的95%左右。

本研究深入探讨了水稻的起源、分类和驯化，揭示了亚洲栽培稻的起源和基因组变异结构，分析了水稻核心种质资源的基因组遗传多样性。

据李志康介绍，这项研究的完成只是开始。随着分析的深入和数据的产生，包含水稻所有优良基因多样性的数据库将会越来越大，越来越详细，人们可以从中找到与任何性状相关的关键基因，并将其应用于育种实践。这将为水稻全基因组分子设计育种准确选择育种亲本提供充足的基因来源和遗传信息，为选育高产、优质、多抗的水稻新品种奠定基础。

▲李志康研究员(左)在田间指导水稻育种。

证明大米的来源

通过对大量重要进化基因的分析，本研究首次提出了籼粳亚种独立多起源的假说，使中国悠久的稻作文化得到了正确的理解和传承

早在中国2000多年前的汉代，亚洲栽培稻的两个亚种“籼稻”和“粳稻”，就已经被人们所认识。然而，籼稻和粳稻的起源和命名在国际上一直存在争议。1928年，日本学者加藤茂饭称之为籼粳，从此沿用至今。事实上，这两个名字在拉丁语中的意思是“印度”和“日本”，这错误地反映了籼稻和粳稻的亲缘关系、地理分布和起源。我国老一辈著名水稻专家丁颖先生命名为籼稻亚种和粳稻亚种。

对此，“3010亚洲栽培稻基因组研究”发现，籼稻携带的许多基因在粳稻中不存在，粳稻的许多基因在粳稻中不存在。此外，来自不同地理来源的水稻农场品种群体都有特定的基因家族。根据这些结果，本研究首次提出了籼粳亚种独立多起源的假说，并建议恢复籼粳亚种的正确命名，以便正确认识和继承我国悠久的稻作文化。

中国小麦基因组学专家张学勇研究员评论说，籼稻和粳稻是中性词，没有明显的地域性，应该被全世界从事水稻和农业的科学家所接受。

此外，本研究对亚洲栽培稻群体的结构和分化进行了更详细和准确的描述和划分，从5个传统群体增加到9个，包括东亚(中国)、南亚、东南亚和现代籼稻品种的4个籼稻群体。东南亚三个粳稻群体，包括温带粳稻、热带粳稻和亚热带粳稻；以及来自印度和孟加拉国的澳洲和香米。

标记水稻基因

这一成果将极大地推进水稻功能基因组和育种科学，科学家可以发现某个性状缺失的地方，最终准确设计出新的水稻品种。

多年前，世界粮食贡献奖获得者、国际水稻研究所前首席科学家库什提出了“设计水稻”的想法。现在，这个梦想正逐渐成为现实。

“近年来，我国大力开展基因组测序和功能基因组研究，获得了多项专利，但这些专利并未应用于育种。”李志康说，在亲本杂交过程中，育种专家不知道所需基因在哪个亲本中，或者哪个亲本效率更高，只能根据经验判断。

“亚洲3010栽培稻基因组研究”的结果已经标记了每个亲本的所有基因。每一个亲本对应什么样的基因，一目了然，这样就可以将抽象的基因转化到育种中去，水稻功能基因组和育种科学将得到极大的推动。未来3到5年，将会涌现出大量相关成果。

数万个基因组合在一起，调控特定的代谢途径，最终体现在作物性状的表达上。李志康打了个比方，就像一场篮球赛，五个队员要配合好，各有分工，才能取得好成绩。如果你找了五个顶级后卫或者中锋，你做不到。你一定要有最好的分工和搭配。基因也是如此，因为有许多基因一起作用，使一种作物具有相应的性状。如果任何影响某种代谢途径的基因有问题，这种性状在作物中的表现就会有问题。

“现在，通过全基因组扫描，我们可以找出哪个基因或哪些基因在特定品种的缺失上存在问题，然后我们可以从哪个亲本那里获得缺失的基因，然后通过最好的育种手段弥补所需的基因，然后我们就可以培育出我们需要的新品种。”李志康说。

他表示，未来要培育高产高效的绿色超级稻，其育种策略必须整合种质资源和基因组学技术，构建基于资源组合的遗传信息平台，使未来的育种能够基于大数据的准确遗传信息。这样开发出来的高效育种策略，才能真正做到“设计育种”——也就是需要什么样的品种，才能在相对较短的时间内培育出来。

中国农业科学院作物科学研究所所长刘春明说:“在过去的五年里，生命科学领域产生的最大的革命性新技术是基因编辑，我们可以非常有效地调整和改变基因组中的任何一点。这项技术将彻底改变农业研究的步伐。”而技术本身就取决于基因组。其中，3000个基因组代表了水稻变异的相当一部分。“我们可以对任何一个变异点进行修改，根据目标完全修改，或者消除，这是未来基因组研究的重点”。刘春明说。

对此，中国农业科学院院长唐华军表示，“下一步，要把水稻基因组研究与分子育种结合起来，尽快培育出优质新品种，满足不同群体的优质需求”。

来源|经济日报

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