近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士领导的研究团队首次完成了145份亚洲栽培稻和普通野生稻的高精度基因组组装，构建出前所未有的野生道和栽培稻泛基因组图谱，解码了水稻的遗传结构和多样性。
亚洲栽培稻（Oryza sativa）是世界上最重要的粮食作物之一，从普通野生稻（Oryza rufipogon）驯化而来。面对气候变化和全球人口快速增长，提高水稻产量及其抗病虫害能力是当务之急。不过，解锁其野生祖先的遗传潜力也同样重要，因为数千年来，野生稻已经适应了各种不同的环境。它们的抗逆性和杂草竞争力可用于现代水稻的遗传改良。
这项研究成果于4月16日在线发表在《Nature》杂志上，为水稻育种和农业创新提供了强大的资源，同时也为了解水稻的进化和驯化历史提供了新的线索。
在这项研究中，研究人员完成了145份水稻样本的基因组测序和从头组装，其中包括129份普通野生稻和16份亚洲栽培稻资源。这些品种是根据其地理和遗传多样性而选择的。
他们主要采用先进的PacBio高保真（HiFi）测序技术和计算方法，创建了迄今为止分辨率最高的“泛基因组”，捕捉了野生稻的全面遗传景观，并发现了对作物改良至关重要的隐藏变异。
他们的分析为目前公认的单个参考基因组中增加了38.7亿个碱基对，包含69,531个基因。值得注意的是，这些基因中有近20%只存在于野生稻中，其中许多与抗病和环境适应等性状有关。这些基因为培育能够抵御病虫害和气候挑战的现代水稻品种提供了“遗传金矿”。
利用这些高质量的基因组序列，研究人员还对亚洲栽培稻不同类群的早期关键驯化基因进行了单倍型分析。研究结果证实，所有亚洲栽培稻的驯化位点均来源于粳稻祖先Or-IIIa，这为持续数十年的学术争议提供证据，证实了亚洲栽培稻的单一起源假说。
在研究籼稻和粳稻（亚洲栽培稻的两个主要亚种）之间的遗传差异时，研究人员发现它们之间存在超过85万个单核苷酸多态性（SNP）和1.3万个存在/缺失变异。这些差异主要来源于其祖先谱系的分化以及粳稻中较大的遗传瓶颈，这为组合不同水稻亚种的有益基因创造了新机会。
这项研究构建了近乎饱和的野生稻泛基因组数据库，富含宝贵的野生遗传资源，为农业研究和植物育种提供了强大的基础。科学家们可以从中挖掘出有益等位基因，追踪关键基因的起源，加深对水稻环境适应性和表型可塑性的认识。
同时，这项研究为培育能够抵御极端气候、所需资源更少且产量更高的水稻品种提供了路线图。《Nature》杂志的编辑们也在《研究简报》上赞扬了这项研究对未来粮食安全的重要性。
