The Crop Journal | 中科院遗传发育所梁承志团队综述稻属泛基因组助力未来水稻研究和改良
The Crop Journal | 中科院遗传发育所梁承志团队综述稻属泛基因组助力未来水稻研究和改良
来源：植物生物技术Pbj公众号
日期：2021-05-24
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水稻是世界上最重要的粮食作物之一，但栽培稻遗传多样性的降低为未来水稻持续改良带来挑战。野生稻具备诸如病虫害抗性、逆境耐受性、多倍性等优良性状，包含大量未被开发和利用的遗传多样性，可作为水稻改良的丰富遗传资源，而泛基因组的快速发展将大大促进对群体遗传资源的探索和利用。然而，迄今为止，水稻泛基因组的研究局限于栽培品种及少数几个野生近缘种。当前的测序技术已能够以低成本完成高质量水稻基因组组装，这也使得构建全面的稻属水平的泛基因组成为可能。 近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志研究组在The Crop Journal在线发表了题为“Oryza pan-genomics: A new foundation for future rice research and improvement”的综述文章，全面介绍了目前稻属基因组与遗传资源、基因组测序与计算技术以及水稻泛基因组的研究进展，并深入探讨了基于高质量基因组组装的稻属泛基因组构建和数据获取和利用的方法与挑战。该综述的主要内容有：（1）稻属包括2个栽培种和25个野生种，共11种基因组类型。现有研究表明，无论是栽培稻和野生稻之间，还是栽培稻和野生稻内部，都呈现出巨大的遗传多样性。在野生稻中克隆出多个抗性相关基因以及四倍体野生稻O. alta的从头驯化工作都表明，野生稻将为未来水稻育种改良提供重要的遗传资源。（2）过去，水稻基因组研究从组装单个基因组过渡到构建泛基因组。一方面，得益于测序技术的快速发展获得了一批水稻的高质量基因组；另一方面，借助泛基因组的分析策略揭示了稻群种内和种间存在的大量遗传变异以及许多在单个参考基因组中不存在的基因资源，相关的分析还为划分水稻清晰的群体结构和探明其复杂的驯化历程提供重要根据。（3）目前基因组学等前沿技术为加快水稻改良提供了广阔的前景，但这些技术的成熟应用需要全面掌握重要农艺性状背后隐藏的复杂遗传基础。因此目前迫切需要整合多个栽培稻和野生稻种质构建高质量稻属泛基因组来全面解析稻属基因组遗传结构和变异。综述提出，稻属泛基因组（图1）包括整个稻属水平的基因泛基因组（gene-based pan-genome, GPG），提供重要农艺性状相关基因的变异以及它们在不同种质中的等位、直系同源或存在与否的信息，以及每一个基因组类型的序列泛基因组（sequence-based pan-genome, SPG），提供参考序列以进行变异、群体、基因定位等分析，以促进对整个稻属基因组功能和动态进化的研究。（4）综述针对构建稻属泛基因组的关键步骤与存在的挑战进行了详细探讨，包括选择代表性的种质、获得更多高质量的基因组组装、基于精确的基因组注释构建GPG、基于图形结构的数据格式有效存储和分析SPG、建设具有强大的查询和可视化工具的结构化数据库便于用户访问和使用泛基因组数据资源。稻属丰富的遗传多样性为水稻的持续改良提供了巨大的潜力。稻属泛基因组将全面捕获水稻的序列变化并全面覆盖不同物种中等位和直系同源基因，从而在栽培稻和野生稻基因组之间建立完整的连接，为未来的水稻研究和改良中有效利用这些信息奠定基础。图1 两种类型的稻属泛基因组
