来自日本农业生物科学研究所、中科院上海生命科学研究院、台湾中央研究院、英国Wellcome Trust基因科学园EMBL、菲律宾国际水稻研究所、加拿大麦基尔大学、美国布克海文国家实验室、德国国立环境与健康研究中心等多国研究团队,公布了水稻(Oryza sativa L. ssp. japonica)栽培变种日本晴(Nipponbare)的全基因组序列注解,研究成果发表于《Genome Research》杂志。
参与该研究的中方人员包括上海生化所赵强等。
水稻是全球最重要的粮食作物之一,养活了世界一半以上的人口。其基因组大小约430 Mb,是禾谷类作物中最小的,易于遗传操作且与其他禾谷类作物存在共线性,因此成为遗传学和基因组研究的模式植物。至2002年,籼稻和粳稻两个亚种的全基因组工作框架图及粳稻基因组全长序列相继完成,这不仅有助于探明水稻基因功能,也为阐明更大更复杂的禾谷类基因组研究奠定了基础,对全球粮食安全具有重要意义。
中国在该研究中表现积极。1998年至2001年,中国科学院基因组信息中心暨北京华大基因研究中心等12家单位,利用全基因组霰弹法构建了籼稻93-11基因组工作框架图和低覆盖率的培矮64S草图,并率先向全球公布了水稻93-11全基因组框架图。
在本研究中,研究人员对日本晴进行了全基因组注释,包括蛋白和非蛋白编码RNA(npRNA)候选的全功能注释。其中,识别或推断了70%(19,969个)蛋白的功能,并发现131个可能的npRNAs(包括58个反义转录本)。
研究人员还在插入突变系中发现了5000个注释蛋白编码基因,这有助于加速注释的未来实验验证。这些位点主要通过水稻cDNA序列及其他典型谷类确定,基于这些位点和外推法的保守性评估表明,水稻基因数目约为32,000个,低于预期。研究人员还进行了水稻与拟南芥的比较分析,发现两种基因组都包含几个系特异性基因,这可能解释了物种间的可观测性差异,但两者也有相似的蛋白序列预知功能区域。此外,还检测了蛋白编码基因的进化过程。
这些结果表明,自然选择可能在两种物种的重复基因形成中发挥重要作用,这种重复通过有利于基因功能的模式进行抑制或激活调控。