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我科学家参与完成非洲稻基因组测序
最近,美国亚利桑那大学(UA)研究人员带领的一个国际研究小组,完成了非洲稻(Oryza glaberrima)的全基因组测序。中科院遗传与发育生物学研究所的陈明生(Mingsheng Chen)和Jinfeng Chen也参与了此项研究工作。相关研究结果,以“The genome sequence of African rice (Oryza glaberrima) and evidence for independent domestication”为题,发表在2014年7月27日的《Nature Genetics》杂志。

这些遗传信息将提高科学家和农学家对于非洲稻种植模式的理解,也能够让研究人员选育出新的水稻品种,更好地应对不断增加的环境压力,以帮助解决全球饥饿问题的挑战。

这项非洲稻基因组测序工作,是由UA亚利桑那州基因组研究所主任Rod A. Wing带领。他说:“水稻养育了世界一半的人,因此是最重要的粮食作物。对于我们所称的‘90亿人的供养问题’的解决,水稻发挥着关键的作用。”

90亿人的供养问题是指,预计到2050年世界人口将增长到超过90亿人,其中许多人居住在粮食非常稀少的地区。问题在于如何生产出足够多的粮食,来养活世界上的人口,防止饥饿和营养不良相关的经济和社会问题。

现在,随着非洲稻全基因组测序的完成,科学家和农学家可以将亚洲稻和非洲稻进行杂交,选育出具有亚洲稻高产性状和非洲稻耐寒性状的新品种。

《Black Rice》(这本书描述了非洲水稻的历史重要性,在跨大西洋奴隶制时期引入美国)的作者、加州大学洛杉矶分校环境和可持续发展研究所的Judith Carney称:“非洲稻再一次处于育种策略(旨在对抗气候变化和粮食供应挑战)的最前列。”她也是这项研究的共同作者。

Wing指出:“我们将多学科合并,来解决90亿人的供养问题。虽然目前全世界只有少数几个地区种植非洲稻,但它比亚洲稻更耐寒,比亚洲稻更能够抵抗西非环境中的环境胁迫。”NERICA小组已经将非洲稻与亚洲稻进行杂交,选育出新的品种。

非洲水稻基因组特别重要,因为许多基因所编码的性状,使非洲稻对环境胁迫产生抵抗力,例如长时间的干旱、土壤和水涝中的高盐。

Wing称:“因为我们对基因组有一个精确的认识,我们就可以更容易地识别这些性状,通过常规育种方法或者通过遗传修饰技术,更迅速地移动基因。我们的想法是,选育一种 超级稻,这种水稻产量更高,具有更少的环境影响,如需要较少的水、肥料和农药。”

他补充说,耐寒、高产的作物,对于人类生存将变得日益重要,因为世界面临着气候变化的环境影响和日益增长的全球人口。

Wing的研究小组专门从事发展物理图谱——使科学家能够了解基因组结构的一种工具。他的研究小组已经开发出亚洲稻的物理图谱,并将其捐赠给了水稻基因组计划,从而使非洲稻全基因组测序成为可能。

基因组进化分析是由UA植物科学博士研究生Muhua Wang和马里兰大学的Carlos Machado完成。Wing研究小组的研究助理Yeisoo Yu带领了测序工作。

在对构成非洲稻基因组的33000个基因进行分析后,研究人员发现,在驯化的过程中,非洲人和亚洲人各自选择了两个物种的许多相似的遗传性状,例如高营养和使作物更容易收割的性状。

此外,所测的基因组序列有助于解决“非洲稻最初是否是在非洲一个地点或几个地点进行驯化”。通过将该基因组与野生品种的遗传结构进行比较,Wing及其研究小组发现,非洲稻与沿尼日尔河一带的一个野生水稻种群最相似。Wing称:“我们的数据支持这一假设——非洲稻的驯化中心是在非洲这一地区。”

从1998年到2005年,Wing带领了亚洲稻(其他唯一驯养的水稻品种)的基因组测序工作。该研究结果于2005年发表在《Nature》杂志,已经促进了数百个重要农业性状相关基因的发现,包括快速繁殖周期和洪涝期水下生存长达两周时间等性状。

目前,Wing的研究小组正在集中测定和分析亚洲和非洲稻近缘种的基因组。Wing解释说:“通过在基因组水平上了解整个稻属,我们可获得一个全新的遗传变异库,可用于防治害虫和植物病原体。”

他说,一个例子就是,将来自所有野生稻近缘种的抗病基因,添加到栽培稻品种中,就能选育出一个抗病虫害的超级稻新品种。

Wing也与华中农业大学的张启发教授合作,在世界各地创建了一套超级作物科技中心,他们集中和协调工作,有助于解决90亿人的供养问题。他说:“我们实际上只有大约25年的时间来解决这个问题,如果我们是相互竞争的,是行不通的。”

Carney指出:“在促进高产亚洲稻品种的几十年后,现在的重点是,选育出结合前者的高产性状与glaberrima的耐环境胁迫性状的新品种。”

在11月份,Wing和他的合作者将在第12届国际水稻功能基因组学研讨会上,庆祝亚洲稻基因组测序完成十周年和新完成的非洲稻基因组测序。

转自:http://www.ebiotrade.com/newsf/read.asp?page=2014730120119359

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