據(jù)中國(guó)農(nóng)科院最新消息,該院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),構(gòu)建了一個(gè)全基因組基因功能單倍型(gcHap)數(shù)據(jù)集,全面揭示了亞洲栽培稻基因功能單倍型自然變異特征,提出亞洲栽培稻多起源(馴化)假說(shuō),并開(kāi)發(fā)了適用于功能單倍型數(shù)據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)分析和全基因組預(yù)測(cè)的軟件包——HAPS。相關(guān)研究成果新近發(fā)表于《分子植物(Molecular Plant)》。
團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)農(nóng)科院作科所研究員徐建龍介紹,目前,關(guān)于水稻種內(nèi)2個(gè)亞種indica (秈)和japonica (粳)起源的假說(shuō)主要有二:一是單起源假說(shuō),認(rèn)為亞洲栽培稻是從單一的野生祖先起源,然后為適應(yīng)不同的生態(tài)和地理環(huán)境分化為秈和粳2個(gè)亞種;二是多起源假說(shuō),認(rèn)為秈和粳獨(dú)立起源于不同的野生祖先類(lèi)群。而在生產(chǎn)上,加速育種進(jìn)程、提升高產(chǎn)潛力和穩(wěn)產(chǎn)性、兼顧品質(zhì)改良等,是目前的迫切需求。
為加快水稻功能基因組研究與水稻分子育種的融合,該團(tuán)隊(duì)于2018年?duì)款^完成了“3000份水稻基因組計(jì)劃”,從三個(gè)主要方面揭示了水稻核心種質(zhì)的基因組多樣性:超過(guò)3200萬(wàn)個(gè)高質(zhì)量SNP;3萬(wàn)多個(gè)水稻編碼基因上的存在-缺失變異;超過(guò)9.3萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)變異。然而,作為水稻種內(nèi)遺傳多樣性的另一個(gè)重要方面,基因編碼區(qū)的功能單倍型(功能等位基因)在水稻種質(zhì)資源中的變異特征尚不清晰。
在該項(xiàng)研究中,研究人員根據(jù)“日本晴”參考基因組注釋信息,基于3010份水稻核心種質(zhì)基因編碼區(qū)的非同義SNP數(shù)據(jù),構(gòu)建了一個(gè)由45963個(gè)基因組成的全基因組基因功能單倍型數(shù)據(jù)集。全面揭示了亞洲栽培稻基因功能單倍型自然變異特征,提出亞洲栽培稻多起源(馴化)假說(shuō),評(píng)估了現(xiàn)代育種對(duì)全基因組功能單倍型多樣性的影響,對(duì)已克隆基因的有利功能單倍型進(jìn)行了深入挖掘。發(fā)現(xiàn)基于功能單倍型數(shù)據(jù)在全基因組關(guān)聯(lián)分析較SNP數(shù)據(jù)有更大的功效,在多數(shù)性狀上具有更高的預(yù)測(cè)力,并開(kāi)發(fā)了適用于功能單倍型數(shù)據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)分析和全基因組預(yù)測(cè)的軟件包“HAPS”,為今后水稻基因的基礎(chǔ)研究和復(fù)雜性狀有利等位基因發(fā)掘提供極大便利,全面助力水稻分子設(shè)計(jì)育種。同時(shí)也對(duì)其他作物群體基因組、功能基因組和設(shè)計(jì)育種研究具有借鑒意義。
產(chǎn)量相關(guān)基因“有利”gcHap在秈粳育成品種中的頻率及其在種質(zhì)資源中的分布。