上海專家繪制迄今為止分辨率最高的“野生稻-栽培稻泛基因組圖譜”

北京時間4月16日，國際權威學術期刊《自然》（Nature）以“A pangenome reference of wild and cultivated rice（野生和栽培稻精細泛基因組圖譜）”為題，在線發表了位于上海的中國科學院分子植物科學卓越創新中心韓斌院士團隊的重大研究成果。

野生稻和栽培稻泛基因組圖譜。本文圖片均為 中國科學院分子植物科學卓越創新中心 供圖

該研究首次完成了145份亞洲栽培稻及其普通野生稻的高精度基因組組裝，繪制了迄今為止分辨率最高的“野生稻-栽培稻泛基因組圖譜”，系統挖掘了普通野生稻廣泛的遺傳多樣性，并全面解析了亞洲栽培稻各類群的進化及馴化路線。這項研究為培育抗病耐逆、適應氣候變化的優質水稻品種奠定了科學基礎。

基于高質量的基因組序列，該研究對亞洲栽培稻各類群中的早期關鍵馴化基因進行單倍型分析，證明所有亞洲栽培稻的馴化位點均來源于粳稻祖先Or-IIIa，進一步證實了亞洲栽培稻單起源假說，為持續數十年的學術爭議提供了關鍵證據。此外，研究還發現在南亞各栽培稻類群之間存在廣泛的基因交流，并由此定義了一個新的栽培稻亞群intro-indica，成功繪制了一幅全面的水稻進化和馴化路線圖。

亞洲栽培稻進化路線圖。

亞洲栽培稻作為全球數十億人的主糧，其馴化歷史可追溯至一萬年前的普通野生稻。面對全球人口增長和氣候變化加劇的雙重壓力，如何將野生稻的“生存智慧”注入現代品種，培育出兼具高產潛力與抗病抗逆特性的“超級水稻”，已成為破解糧食安全困局的重大課題。然而，傳統依賴單一參考基因組的研究模式，僅能捕捉水稻遺傳多樣性的冰山一角，因此亟需構建一個高質量、大規模的野生稻泛基因組，深度解析其廣泛的多樣性，全面挖掘其耐逆、抗病等優良性狀的遺傳變異寶庫。

韓斌研究團隊整合具有代表性的129份普通野生稻和16份亞洲栽培稻資源，進行高質量的基因組測序和從頭組裝，構建了一個可以覆蓋野生稻和栽培稻全面遺傳景觀的泛基因組圖譜。這也是該研究團隊繼全面解析水稻馴化路線和構建首個栽培稻-野生稻泛基因組草圖之后，在水稻基因組研究和進化領域取得的又一項重大突破。

這一參考基因組級別的栽培稻-野生稻泛基因組為原有公認的單個參考基因組新增了38.7億個堿基對，包含69531個基因，其中近20%為野生稻特有的，這些基因被證實與抗病防御、環境適應性等性狀密切相關。研究發現，野生稻中的抗病基因豐度和多樣性均明顯高于栽培稻，已精準定位到1184個野生稻中拷貝數高于栽培稻的抗病基因位點，其中包含2個已驗證的抗稻瘟病基因。這些發現進一步證實了野生稻堪稱作物改良的“戰略資源庫”，可以為培育抗病耐逆的水稻品種提供直接的基因來源。

形態豐富的野生稻（右）與栽培稻（左）稻穗對比展示。

該項研究構建了一個近飽和的野生稻泛基因組數據庫，實現了野生稻遺傳資源的系統性整合，有效彌合了野生稻和栽培稻基因組學研究的差距。科學家可據此精準挖掘野生稻優勢等位基因，追溯重要基因的起源，解析水稻環境適應與表型可塑性機制。在糧食安全日益嚴峻的當下，該項研究為實現水稻快速從頭馴化、精準培育抗逆性強、資源利用率高、產量突破的新品種提供了關鍵的基因資源。