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《Science | 对18421个品系的基因组调查揭示了水稻的基因结构》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-07-10

  • 2024年7月5日，上海师范大学等机构的研究人员在Science发表题为Genomic investigation of 18,421 lines reveals the genetic architecture of rice的文章。

    大米是全世界人类饮食的基础。像许多作物一样，很难解开高度自交系中性状的遗传基础。

    研究人员从16个不同地理来源的亲本材料中产生了一组18000多个水稻品系。他们将这些品系种植在三种不同的环境中，测量了16种农艺表型，并进行了全基因组关联研究。研究人员发现，许多性状的遗传基础是高度多基因的，确定了潜在的致病基因，估计上位性效应很小。这项研究将为这种主要作物的未来研究和改进提供大量的遗传资源。

  • 原文来源：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm8762
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相关报告

  • 《群体基因组分析揭示了驯化亚洲水稻的多重驯化之路》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2023-08-22
    •     在《Nature Plants》杂志上发表的一项研究中，由中国科学院植物研究所(IBCAS)GE Song教授领导的研究人员已经证明，亚洲水稻的驯化始于不同地区的不同野生谱系。然后通过不同品种群体之间的持续选择和有益等位基因的交换来完成。驯化的亚洲水稻(Oryza sativa L.)由两个亚种(粳稻和籼稻)组成，不仅是世界上最重要的作物之一，而且是生物学研究的一个极好的模型。尽管进行了广泛的研究，但亚洲水稻的起源/驯化问题在近一个世纪以来一直存在争议。在各种观点中，两种主要的假说(单一驯化与多重驯化)已被广泛接受，但最初的争议仍未解决。在这项研究中，研究人员在基因组水平上对水稻的驯化历史进行了广泛的分析，使用了459个新测序的基因组和1119个野生和栽培品种的公开基因组数据集。     通过提出一种新的策略来检验不同的假说，他们确定了993个被选择的基因是由粳稻和籼稻共享的，这表明这些基因的驯化等位基因在粳稻和籼稻中只起源于一次。重要的是，研究人员发现大部分被选基因(约80%)的驯化等位基因来自中国野生稻O. rufipogon。然而，所选基因中有相当一部分(约20%)的驯化等位基因来自南亚和东南亚的野生稻O. nivara。这些结果表明亚洲水稻在不同地区有不同的驯化事件。此外，本研究还贡献了基因组资源，其中包括422份经表型检验验证的新重测序野生材料，这将极大地促进水稻遗传、进化和育种的进一步研究。     扩展的数据集使研究人员能够揭示野生和驯化水稻的深层遗传结构以及多个不同的谱系，为推断驯化基因的进化史提供了更好的系统发育框架。出乎意料的是，研究人员发现水稻中的一些选择性扫描区域包含来自不同进化起源的基因。这一发现表明，以前基于串联横扫区域来推断驯化历史的重建单一系统发育的做法是没有根据的。该研究的通讯作者GE Song教授说:“这项研究对其他驯化物种具有重要意义，特别是那些由于品种和品系之间广泛和持续的基因流动而导致进化历史混乱的物种。”
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  • 《8篇Science（国内4篇）聚焦灵长类基因组——揭示灵长类动物演化之谜》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2023-07-11
    • 人类是灵长类动物之一。因为我们会写诗，会操控复杂工具，所以我们和其他大型灵长类动物包括黑猩猩、大猩猩、狒狒以及红毛猩猩等，非常不同。因此探究灵长类动物的基因组、起源和社会演化过程将极大帮助我们了解人类自己。 2023年6月1日，以我国科学家组织的灵长类基因组计划发布了阶段性成果，在灵长类演化研究上取得重大进展，并回答了与该类群有关的一系列问题。其主要成果以研究专刊的形式在Science发表4篇论文，同期还发表了作为该计划扩展的国际灵长类研究联盟的4篇论文。同时该项目有另外3篇卫星论文同日发表于Science Advances、Nature Ecology & Evolution等期刊。 该计划由浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授团队、昆明动物所吴东东研究员团队、西北大学齐晓光教授团队、云南大学于黎研究员团队、西北大学李保国教授团队、四川大学生命科学学院刘健全团队等联合国内外多个研究中心组成联盟，通过多学科交叉技术手段对灵长类基因组展开比较研究，研究人类在内的灵长类物种的起源和分化过程、灵长类社会行为和社会组织的起源、以及大脑等各种生理特征的演化和遗传基础。 该计划的旗舰论文，题为：Phylogenomic analyses provide insights into primate evolution。通过分析基因组数据和化石时间数据，研究人员推断出了灵长动物各主要类群的演化时间，并推断出所有灵长类的最近共同祖先出现在大约6829万到6495万年前，距离6550万年前的白垩纪末期大灭绝事件非常近，大致位于白垩纪的界限附近。这意味着灵长类动物的演化可能受到了物种大灭绝事件的影响。研究还发现，从灵长类的祖先到人，灵长类的相对脑容量在四个关键的演化节点显著增大并有与之对应的基因演化，在猩猩等大猿物种出现之后，这种趋势变得尤其突出，并在人类中达到了顶峰，这使得人类不仅拥有了灵长类中最大的脑容量，还拥有折叠程度最为复杂的大脑皮层。此外，该计划的不同研究项目还分别揭示了灵长类前肢形态的形成以及猿类尾部的消失等现象的分子机制，重新解释了人类第8号染色体的起源问题，分析了灵长类Y染色体结构的演变历史，研究了灵长类特异的快速演化DNA序列等。 该计划由浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授团队、昆明动物所吴东东研究员团队、西北大学齐晓光教授团队、云南大学于黎研究员团队、西北大学李保国教授团队、四川大学生命科学学院刘健全团队等联合国内外多个研究中心组成联盟，通过多学科交叉技术手段对灵长类基因组展开比较研究，研究人类在内的灵长类物种的起源和分化过程、灵长类社会行为和社会组织的起源、以及大脑等各种生理特征的演化和遗传基础。 该计划的旗舰论文，题为：Phylogenomic analyses provide insights into primate evolution。通过分析基因组数据和化石时间数据，研究人员推断出了灵长动物各主要类群的演化时间，并推断出所有灵长类的最近共同祖先出现在大约6829万到6495万年前，距离6550万年前的白垩纪末期大灭绝事件非常近，大致位于白垩纪的界限附近。这意味着灵长类动物的演化可能受到了物种大灭绝事件的影响。研究还发现，从灵长类的祖先到人，灵长类的相对脑容量在四个关键的演化节点显著增大并有与之对应的基因演化，在猩猩等大猿物种出现之后，这种趋势变得尤其突出，并在人类中达到了顶峰，这使得人类不仅拥有了灵长类中最大的脑容量，还拥有折叠程度最为复杂的大脑皮层。此外，该计划的不同研究项目还分别揭示了灵长类前肢形态的形成以及猿类尾部的消失等现象的分子机制，重新解释了人类第8号染色体的起源问题，分析了灵长类Y染色体结构的演变历史，研究了灵长类特异的快速演化DNA序列等。 另一篇主要论文重建了金丝猴类的演化过程，题为：Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey，提出了黔金丝猴是由川金丝猴和滇金丝猴/怒江金丝猴共同祖先杂交后成为新的物种。无独有偶，在《科学进展》（Science Advances）发表的工作则发现猕猴类中的食蟹猴种组（包含3个物种）是狮尾猴种组的祖先与斯里兰卡种组的祖先杂交后形成的新物种类群。这是杂交成种现象在灵长类中首次发现，也表明跨物种杂交是灵长类新物种形成过程中的驱动力之一。 另一篇主要论文重建了金丝猴类的演化过程，题为：Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey，提出了黔金丝猴是由川金丝猴和滇金丝猴/怒江金丝猴共同祖先杂交后成为新的物种。无独有偶，在《科学进展》（Science Advances）发表的工作则发现猕猴类中的食蟹猴种组（包含3个物种）是狮尾猴种组的祖先与斯里兰卡种组的祖先杂交后形成的新物种类群。这是杂交成种现象在灵长类中首次发现，也表明跨物种杂交是灵长类新物种形成过程中的驱动力之一。 国际研究联盟则对来自233种灵长类动物的809个个体进行了基因组的重测序数据进行分析：A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species；Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons；The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates。基于基因组杂合性和连续性纯合片段长度的分析结果表明，基因组多样性与世界自然保护联盟划定的灭绝风险类别之间在整体上没有直接关联。也就是灵长类的遗传多样性与物种灭绝风险不完全匹配，遗传多样性并不能完全表征物种的濒危程度。 国际研究联盟则对来自233种灵长类动物的809个个体进行了基因组的重测序数据进行分析：A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species；Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons；The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates。基于基因组杂合性和连续性纯合片段长度的分析结果表明，基因组多样性与世界自然保护联盟划定的灭绝风险类别之间在整体上没有直接关联。也就是灵长类的遗传多样性与物种灭绝风险不完全匹配，遗传多样性并不能完全表征物种的濒危程度。 原文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7829 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6919 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4409 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4997 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8621 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8153 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8197 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo1131 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9507 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add3580
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