Cell发文!李仕贵、钦鹏教授团队揭示水稻基因组中的“隐藏”变异

2021-06-03 15:13:44作者:张喆 审稿:江英飒 来源:宣传统战部? 点击数:

  

5月28日,全球顶尖学术期刊Cell在线发布了龙八国际app下载国家重点实验室、水稻研究所李仕贵与钦鹏教授团队联合中科院遗传与发育生物学研究所梁承志研究员团队完成的题为“Pan-genome analysis of 33 genetically diverse rice accessions reveals hidden genomic variations”(基于33个水稻遗传多样性材料的泛基因组分析揭示“隐藏”的基因组变异)的研究论文。这是龙八国际app下载继陈学伟教授团队之后,再次在Cell上发表论文,也是龙八国际app下载第3篇CNS(Cell Nature Science)顶级学术期刊论文。

龙八国际app下载李仕贵教授为论文通讯作者,中科院遗传与发育生物学研究所梁承志研究员和龙八国际app下载钦鹏教授为论文共同通讯作者。钦鹏教授、博士研究生王淏、陈薇兰博士、中科院遗传所鲁宏伟博士、陈倬博士以及河北大学杜会龙教授为论文第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、自然科学基金重大研究计划集成项目、中科院先导计划和四川农业大学双支计划支持。

发现未知 揭开水稻基因变异的秘密

李仕贵、钦鹏团队选取了具有高度代表性的33个水稻材料,采用最新的第三代基因测序技术,对其中31份材料进行了长片段测序、高质量基因组组装及基因注释。结合已报道的日本晴和蜀恢498两个材料的参考基因组,经过系统的比较分析,共鉴定到171,072个结构性变异和22,549个基因拷贝数变异。

这些基因组变异无法利用传统手段鉴定到,绝大多数在先前研究中均未发现,但在重要农艺性状调控中发挥重要作用。例如,著名日本优质稻品种“越光”中一个早熟位点(qDTH7-3),可能由OsMADS18基因在“越光”产生两个拷贝,导致表达量升高从而表现早熟表型。

揭示这些结构性变异的方向对理解水稻的进化和驯化遗传基础也有重要意义。例如有研究认为,籼稻群体中两个与植物激素“独脚金内酯”合成相关基因SLB1和SLB2的缺失是被人工选择到的。但此次研究分析,发现很可能是粳稻中获得SLB1和SLB2基因序列,或因其能帮助磷的吸收提高产量而被保留下来。

打破传统 首次构建水稻图形基因组

“亚洲人和非洲人之间基因是有差异的,如果只研究非洲人的基因怎么能够掌握整个人类的基因信息呢?”

传统基因组学研究就有这样的弊端。它将不同碱基以线性的形式存储于染色体上,并且多基于一个参考基因组来获取一个物种的基因信息。“但是,线性基因组不能同时体现一个物种中不同个体的遗传变异情况。”钦鹏介绍说,而且大片段的插入、缺失、拷贝数等变异类型也无法有效鉴定。因此,构建囊括一个物种所有遗传信息的新型存储形式的泛基因组,已成为当前基因组学研究的重要任务。

图形基因组的出现正好解决了这一难题。它突破了传统线性基因组只能存储一个个体遗传信息的局限性,可以存储、展示某类群中不同个体的遗传变异信息,从而真正代表一个类群的遗传信息。结合鉴定到的大量结构性变异,研究人员首次构建了水稻图形基因组,是水稻中迄今最为完整的基于图形结构的泛基因组。该论文被Cell审稿人评价为“泛基因组学研究的经典之作”。

为了方便广大研究人员使用相关数据,他们还搭建了网站RiceRC.com,便于使用基因组序列和查询遗传变异等内容,促进水稻功能基因组学和育种应用研究。

顶天立地 为破解“卡脖子”难题提供基础支撑

“‘卡脖子’实际上就是卡在基因上。”李仕贵表示,此研究打开了结构变异研究的大门,有助于加速水稻功能基因组学和分子设计育种研究,为选育高产优质、绿色安全水稻新品种提供基础支撑。

科研既要顶天,也要立地。面对种业的“卡脖子”难题,李仕贵表示,作为科研工作者要迎难而上,不断攻关。紧接着,团队就将把研究成果运用到育种工作中,力争培育出更多产量高、品质好、抗性强的水稻品种,始终把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。

李仕贵、钦鹏团队及Cell文章部分作者合影

李仕贵教授

钦鹏教授

 

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