全基因组研究揭示了野生和栽培水稻的遗传多样性

一项研究构建了前所未有的野生和栽培水稻的穿山甲图谱，并解码了水稻的遗传结构和多样性。这项研究于4月16日在线发表在《自然》杂志上，为育种和农业创新提供了强大的资源，并为水稻的进化和驯化历史提供了新的见解。该研究由中国科学院分子植物科学卓越中心韩斌教授的团队领导

面对气候变化和快速增长的全球人口，亚洲栽培水稻（Oryza sativa）作为全球数十亿人的主食，迫切需要可持续地提高其对病虫害的抵抗力和产量。虽然驯化水稻得到了广泛的研究，但其野生祖先Oryza rufipogon——经过数千年对不同环境的适应而形成——在很大程度上仍未得到充分的探索，这在理解野生水稻的全部遗传潜力方面留下了关键的空白

在这项研究中，研究人员获得了145个地理和遗传多样的水稻基因组，包括129个野生种质和16个栽培品种。他们主要使用先进的PacBio高保真（HiFi）测序技术和计算方法，创造了迄今为止分辨率最高的“泛基因组”，捕捉了野生稻的完整遗传景观，并揭示了对作物改良至关重要的隐藏变异

研究人员发现了38.7亿个碱基对的新基因序列，这些序列在单一公认的参考基因组（O.sativa ssp.japonica cv.Nipponbare）中缺失，还有69531个基因共同跨越了穿山甲组。近20%的基因仅存在于野生稻中，其中许多与抗病性和环境适应性有关。这些基因代表了一个“基因金矿”，可以帮助开发出能够抵御害虫、疾病和气候变化挑战的现代水稻品种

利用高质量的基因组序列，研究人员对亚洲栽培稻不同群体的早期关键驯化基因进行了单倍型分析，证明所有驯化位点都来自粳稻祖先Or IIIa。这一发现有力地支持了所有亚洲栽培水稻群体都经历了一次初始驯化事件的假设，为长期的科学争论提供了关键证据

此外，研究人员还发现了南亚栽培水稻群体之间广泛的基因流动，从而对新发现的亚群intro indica进行了分类，并成功绘制了水稻进化和驯化的综合路线图

此外，研究人员还探索了籼稻和粳稻这两个主要亚种之间的遗传差异。他们发现了超过850000个单核苷酸多态性和13000个存在-缺失变异。这些发现表明，这些变异主要源于它们各自祖先的分化和粳稻中更大的遗传瓶颈的存在，这为结合不同水稻亚种的有益基因开辟了新的机会

近乎饱和的穿山甲组数据集整合了宝贵的野生遗传资源，为农业研究人员和植物育种者提供了强大的基础。科学家可以挖掘有利的等位基因，追踪关键基因的起源，加深对水稻环境适应性和表型可塑性的理解。这项研究为开发能够抵御极端气候、需要更少资源、产量更高的水稻品种提供了路线图

《自然》杂志的编辑在一次研究简报中赞扬了这项研究对未来粮食安全的重要性 More information: Dongling Guo et al, A pangenome reference of wild and cultivated rice, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08883-6

Unlocking the diversity of wild and domesticated rice, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-01158-0

Journal information: Nature