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《Nature》首現漢字!中國科學家主導3000份水稻基因組重測序成果發表

粳稻有人讀“jing”稻,有人讀“geng”稻,那到底應該怎么讀呢?2011年10月23日,國內水稻界186名專家,聯名要求《新華字典》將現行“粳”的“jing”字讀音修訂為“geng”。咬文嚼字的背后,是對中國源遠流長的稻作文化能否留存,數千年民俗傳統能否得到尊重,中國水稻學界能否贏得世界學術界重新界定水稻亞種命名的思量。

2018年4月3日,有報道稱,“粳”字的讀音準備改過來。該文介紹國家語委啟動了新中國成立以來第三次普通話審音工作,并完成了《普通話異讀詞審音表(修訂稿)》,在教育部網站進行公示。修訂稿中,確定“粳”字統讀為ɡēnɡ。如今,在重磅期刊《Nature》的文章中,“geng”已經被中外科學家聯合使用。

今天,《Nature》刊發了7頁Article研究長文 “Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice”,該文是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、華大基因、深圳農業基因組研究所、安徽農業大學、美國亞利桑那大學等16家單位共同完成的3010份亞洲稻群體重測序文章,并首次使用了漢字。

國內外“大聯合”、“大協作”、“大共享”

2011年9月,中國農業科學院、國際水稻研究所和華大基因共同啟動“全球3000份水稻核心種質資源重測序計劃”(3,000 rice geomes project),拉開了水稻核心種質資源全基因組測序和基因組分析的序幕。

2014年5月,3000份水稻基因組測序數據于“世界饑餓日”公開發布于NCBI、DDBJ、《GigaScience》、阿里云等數據庫,與全球共享。同時,基于測序結果建立了若干重要數據庫和資源:SNP和表型數據庫(Rice SNP-Seek Database);3K 泛基因組數據庫(RPAN: Rice Pan-genome Browser);另外,泛基因組和結構變異原始數據將發布在《Nature》旗下的《Scientific Data》雜志上。同時,該項目從國際水稻研究所引進了2400份水稻核心種質,極大豐富了我國的水稻遺傳多樣性。

目前3000份水稻種質已經發放給中國科學院、武漢大學、華中農業大學等40家科研單位、高校和育種單位,發放超過4萬份次,用于大規模發掘影響水稻高產、抗病蟲、抗逆、優質新基因和育種應用,全面開始推進水稻全基因組分子育種。

從傳統“經驗育種”向現代“精準育種”躍升

水稻種群的基因有著豐富的多樣性和復雜的作用機制,是水稻育種改良的遺傳基礎。長期以來,全球科學家一直致力于闡明水稻基因組所有基因的功能及其等位基因多樣性與重要農藝性狀的關聯,并將研究成果運用到水稻遺傳改良中。以基因技術為核心的分子設計育種,讓水稻育種周期更短、更有針對性,代表了水稻育種的發展方向。3000份水稻(來自全球89個國家和地區)代表了全球78萬份水稻種質約95%多樣性的核心種質。

該研究共檢測到32M的高質量SNPs和Indels,對亞洲栽培稻群體的結構和分化進行了更為細致和準確的描述和劃分,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;首次揭示了亞洲栽培稻品種間存在的大量微細(>100bp)結構變異(SVs,包括易位、缺失、倒位和重復);構建了亞洲栽培稻的泛基因組,包括12770個(62.1%)核心(core)基因家族和9050個(37.9%)分散式(distributed)基因家族。發現了1.2萬個全長新基因和數千個不完整的新基因。核心基因比較古老,大多數的新基因表現更年輕和長度偏短。

3010份水稻基因組測序的完成僅僅是一個開端,隨著分析的深入和更多數據的產生,包含水稻全部優良基因多樣性的數據庫必將更加龐大與精細,人們可以從中找到與任何性狀相關的關鍵基因并應用到育種實踐中。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。

亞洲栽培水稻起源的新觀點和命名恢復

在我國,亞洲栽培水稻中“秈”、“粳”(gěng)兩大亞種早在2000多年前的漢代已被人們所認知,但秈、粳稻的起源和命名在國際上一直存有爭議。

日本學者加藤茂范于1928年將“秈”、“粳”稱為indica(Oryza sativa L. subsp. indica Kato)和japonica(Oryza sativa L. subsp. japonica Kato),并一直沿用至今。從拉丁文標注可以看出,兩個亞種用“印度”和“日本”來命名,帶有很深的殖民主義烙印,也錯誤地反映了秈、粳的親緣關系、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(O. sativa L. subsp. keng Ting)。在維基百科中也標注了粳(geng)稻(學名Oryza sativa subsp. keng)。

《Nature》首現漢字,為粳稻正名

本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于粳稻中,粳稻的很多基因也不存在于秈稻中。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。根據這些結果首次提出了秈、粳亞種的獨立多起源假說,并恢復使用秈(Oryza sativa subsp. xian)、粳(Oryza sativa subsp. geng)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。

中國農業科學院作物科學研究所王文生副研究員,國際水稻研究所Ramil Mauleon博士,上海交通大學已畢業博士胡智強,國際水稻研究所Dmytro Chebotarov博士,華大基因太帥帥高級信息分析工程師,中國農業科學院作物科學研究所吳志超博士生,安徽農業大學黎珉博士,中國農業科學院作物科學研究所鄭天清副研究員,國際水稻研究所Roven Rommel Fuentes博士,中國農業科學院作物科學研究所張帆副研究員,國際水稻研究所Locedie Mansueto博士和亞利桑那大學Dario Copetti博士為該篇論文的共同第一作者。

中國農業科學院作物科學研究所黎志康研究員,國際水稻研究所Kenneth L. McNally和Nickolai Alexandrov高級科學家,上海交通大學生命科學與生物技術學院韋朝春教授,華大基因張耕耘博士,中國農業科學院深圳農業基因組研究所阮玨研究員,亞利桑那大學Rod A. Wing教授為該篇論文的共同通訊作者。(圖為文章部分主要作者合照)

(內容來源:  BioArt植物、華大科技等)

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