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我科学家绘制完成普通野生稻全基因组框架图谱

2010年8月,中国科学院昆明植物研究所高立志研究员团队成功完成了普通野生稻基因组的高覆盖序列测定、拼接和组装,获得了普通野生稻全基因组从头测序的框架图。该基因组图谱达到国际领先标准,这是我国科学家自主完成的第一个野生稻全基因组测序计划,也是世界上第一个完成的高杂合度野生稻全基因组框架图谱。

中国是亚洲栽培稻的起源地之一,水稻作为中国第一大粮食作物,养活了80%以上的人口。普通野生稻是亚洲栽培稻的公认祖先种,蕴藏着大量尚未被人类认识和利用的优异基因。由于与栽培稻的亲缘关系密切,水稻常规育种中的大多数突破都与发掘利用普通野生稻的优异基因相关。例如,袁隆平院士曾利用海南岛的一株雄性不育普通野生稻(野败)中的细胞质雄性不育基因,成功培育出闻名中外的杂交水稻。

高立志团队涵盖植物种质资源、基因组学与生物信息学等多个领域。该项目历时一年,采用新一代高通量测序技术以及基于高性能超算的生物信息学分析。项目主要依托于2009年底通过国家验收的国家大科学工程“中国西南野生生物种质资源库”的先进基因组学与生物信息学平台。测序工作主要由第二代高通量测序仪Solexa GA II完成,生物信息学分析则依托于种质资源库建成的“中国科学院超算中心西南分中心”,该中心具备10万亿次/秒的计算能力、512 GB的大内存节点和100 TB的存储空间。

普通野生稻全基因组测序利用高通量、低成本的第二代Solexa测序技术对不同长度的shotgun文库进行测序,并辅以构建较长片段文库的454测序技术。项目还利用454测序技术完成了多个组织转录组的测序,为基因组的准确注释提供了参考。研究表明,普通野生稻的基因组大小约为3.70亿个碱基对,含有的基因总数约为4.0万个,测序深度已达基因组大小的70倍,测序结果覆盖了92%的普通野生稻全基因组,基因覆盖度约为90%以上。目前,项目组正在加紧绘制普通野生稻的基因组精细图谱。

目前,粳稻(日本晴)基因组的精细图谱已经获得。继我国科学家自主测序完成籼稻(9311)基因组的框架图谱后,普通野生稻全基因组框架图谱的获得以及精细图谱的进一步绘制,将大大促进水稻重要功能基因的规模化解析与鉴定,为高通量发掘利用普通野生稻丰富的优异基因资源提供前所未有的机遇,同时也将有效推动我国水稻的品种改良和种质创新,深入认识亚洲栽培稻的起源与驯化机制。云南作为亚洲栽培稻的遗传多样性中心之一,该框架图的完成必将大大促进云南野生稻资源的研究与发掘利用。此外,普通野生稻被列为中国的二级保护植物,在我国三种野生稻中濒危状况最为严重。该全基因组计划的开展,对奠定我国野生稻种质资源的研究、利用和保护的雄厚科学基础具有重要意义。

该项目的完成得到了云南省自然科学基金重点项目、云南省高端科技人才项目、中国科学院“百人计划”海外杰出人才择优支持项目和中科院方向性重点项目的大力支持。普通野生稻基因组计划取得的成果,标志着国家大科学工程中国西南野生生物种质资源库基因组学与种质资源实验平台和研究团队的初步建成,对植物王国云南丰富的野生植物种质资源的研究、保护与发掘利用将产生深远影响。

(责任编辑:glia)