通過基因和化石結(jié)合研究探尋水稻的起源
(神秘的地球uux.cn報道)據(jù)光明網(wǎng)-時評頻道(張?zhí)锟?科普專欄作家):作為“綠色超級稻項目”的一部分,“全球3000份水稻核心種質(zhì)資源重測序計劃”(3K–RG)于2011年9月由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、基因究探國際水稻研究所(IRRI)和華大基因共同啟動。和化合研蘇州吳中高級外圍女上門資源vx《134-8006-5952》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達2014年5月,石結(jié)3000份水稻基因組測序初始數(shù)據(jù)于“世界饑餓日”公開發(fā)布于美國國立生物技術(shù)信息中心(NCBI)、尋水日本生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(DDBJ)、起源華大基因大數(shù)據(jù)期刊(GigaScience)、通過阿里云等數(shù)據(jù)庫,基因究探全球共享。和化合研
現(xiàn)在,石結(jié)3K-RG項目再獲新進展。尋水近日,起源國際頂級期刊《自然》(Nature)在線發(fā)表了綠色超級稻項目首席科學(xué)家、通過中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所黎志康博士等人完成的基因究探最新成果,剖析了水稻核心種質(zhì)的和化合研蘇州吳中高級外圍女上門資源vx《134-8006-5952》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達基因組遺傳多樣性,對水稻的起源、基因、分類和進化規(guī)律有了全新的更深入的認知。
一個新的重大成果是重新奪回了中國對水稻命名的部分話語權(quán),恢復(fù)了歷史的真實。1928年,日本學(xué)者加藤茂范通過雜交等手段發(fā)現(xiàn)了秈稻和粳稻的區(qū)別。當(dāng)時,加藤把秈稻稱為“印度型”(Oryza sativa L. subsp. indica Kato),把日本栽培極廣的粳稻稱為“日本型”(Oryza sativa L. subsp. japonica Kato)。自此,秈稻和粳稻在國際上就一直沿用“indica”和“japonica”命名至今。
然而,中國科學(xué)家對代表了全球水稻種質(zhì)約95%多樣性的核心種質(zhì)的3010株水稻的基因組研究表明,這種命名并不符合實際情況,既是對秈、粳稻長久以來的誤稱,也不利于深入了解水稻的栽培歷史和機理。
中國研究人員把過去研究的水稻品種由傳統(tǒng)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(xiàn)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。
根據(jù)研究結(jié)果,中國研究人員首次提出,水稻的秈、粳亞種是獨立的和多地起源,要求恢復(fù)恢復(fù)使用秈(Oryza sativa subsp. xian)、粳(Oryza sativa subsp. geng)亞種的正確命名。所謂恢復(fù)是指,中國人早在2000多年前的漢代就已提出秈、粳稻的分類和命名。盡管這一正名受到加藤茂范等人過去命名的制約,但科研結(jié)果顯然更能說服重視證據(jù)的《自然》編輯及文章審稿人。也因此,這一顛倒的歷史終于得到學(xué)術(shù)(科學(xué))界的正名,為未來的國際社會正名奠定了基礎(chǔ)。
中國研究人員對水稻起源研究的結(jié)果提出了一個重要的假說,即水稻的秈、粳亞種是獨立的和多地起源。如同人類起源一直有著一地(非洲)起源和多地區(qū)起源的爭論一樣,水稻的起源也一直存在一地(中國)和多地區(qū)起源的爭論。解決這種爭論當(dāng)然要靠科學(xué)研究的證據(jù),而科學(xué)的證據(jù)主要在于實物(化石)和基因組兩類證據(jù)缺一不可的共同證明。
在實物證據(jù)上,水稻的中國起源說一直有新證據(jù)。最近,中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的植物考古學(xué)家采用植硅體分析方法,在位于浙江省龍游縣的荷花山遺址中找到了距今1萬多年前野生稻存在以及逐漸被馴化的證據(jù),從土壤剖面中提取的植硅體來自一些野生稻葉片和稻殼。其中,在稻葉的扇形植硅體上,可以清晰地看見一種變化的趨勢:年代越近,它們的數(shù)量越多、尺寸越大、魚鱗狀紋飾越多。
據(jù)此,研究人員再次認定,水稻的起源和馴化是在中國的長江中下游地區(qū)。水稻在中國推廣種植后,很快傳到東亞近鄰國家。大約在3000多年前的殷周之交,中國水稻傳至朝鮮、日本,南傳越南。到了漢代,中國粳稻傳到菲律賓。公元5世紀(jì),水稻經(jīng)伊朗傳到西亞,然后經(jīng)非洲傳到歐洲、美洲以至全世界。
不過,這只是由實物證據(jù)獲得的假說,并無基因組的證據(jù)支持。現(xiàn)在,中國研究人員從基因組獲得的證據(jù)則提出,無論是秈、粳稻亞種都是獨立多地起源。研究人員對來自全球的3010株水稻的基因組測序后,一共檢測到2900萬個高質(zhì)量單核苷酸多態(tài)性(SNP,主要指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性),240萬個小片段插入缺失,首次發(fā)現(xiàn)亞洲栽培稻品種間中存在9萬個微細結(jié)構(gòu)變異(包括易位、缺失、倒位和重復(fù)),同時發(fā)現(xiàn)了1.2萬個全長新基因和數(shù)千個不完整的新基因。
研究人員再次挑選出453份測序深度較高的水稻樣本分析核心基因家族和分散式基因家族,獲得12770個(62.1%)核心基因家族和9050個(37.9%)分散式基因家族,從而得出秈、粳稻亞種都是獨立多地起源的假說。
顯然,目前的基因組測序結(jié)論和實物(化石)結(jié)論有差異,因此需要未來對這兩種證據(jù)進行整合,同時補充證據(jù),才能得出更可靠和令人信服的結(jié)論。
中國研究人員的水稻基因組測序結(jié)果,同時對提高和保證糧食安全起到了更為重要的加速作用。3010份品種的基因組測序完成為育種專家提供了一種選種和栽培優(yōu)良稻種的可視地圖,使其可以快速地選擇適合不同地理環(huán)境的品種,如耐淹、耐旱、抗蟲、抗倒伏等特性,不用再像以前一樣靠經(jīng)驗、靠大量組合去試驗新品種。
水稻基因組檢測結(jié)果也同樣能糾正以前的一些片面認知,如認為核心基因?qū)Ξa(chǎn)量、性狀、口味等很重要,而分散式基因不重要。但基因測序發(fā)現(xiàn)恰恰相反,核心基因不重要,分散式基因才重要,通過基因數(shù)據(jù)庫就可以在短時間內(nèi)確定哪些品種有什么特性。
因此,從本質(zhì)上看,基因組測序不僅能追溯水稻起源,更能糾正過去的錯誤認知,加速選種育種,滿足人們對水稻品種的多樣化需求。