50 份栽培大豆与野生稻重测序：农艺基因鉴定研究

水稻（Oryza sativa）是一种经历了广泛驯化的主粮作物，其表型和生理特征发生了显著变化。了解栽培稻与野生稻之间的遗传差异，是挖掘核心农艺性状基因、优化育种策略以及提升作物产量与抗逆性的关键。在发表于《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）的最新研究中，我们对 50 份水稻材料（包括 40 份栽培稻和 10 份野生稻）进行了重测序，构建了一个高密度单核苷酸多态性（SNP）数据集，旨在揭示驯化过程中被选择的候选基因。

主要发现

• 全基因组变异分析：
  • 重测序工作获得了 650 万个高质量 SNPs，为水稻基因组研究提供了当时最全面的变异数据集。
  • 栽培稻与野生稻的对比分析识别出多样性显著降低的基因组区域，暗示了人类驱动的选择压力事件。
• 驯化与群体结构：
  • 进化树分析证实了籼稻（indica）和粳稻（japonica）具有独立的驯化路径，分别对应野生祖先种 O. nivara 和 O. rufipogon。
  • 主成分分析（PCA）和邻接树法（Neighbor-joining trees）凸显了水稻亚种间清晰的遗传分化，强化了它们具有不同进化轨迹的观点。
• 受选择的候选基因：
  • 我们在粳稻中检测到 739 个选择扫荡区域（selective sweep regions），在籼稻中检测到 750 个，锁定了与株型、花期和抗逆性相关的基因。
  • 成功鉴定出关键驯化基因，如 prog1（生长调节）和 sh4（抑制种子落粒）。
• 在水稻育种与遗传改良中的应用：
  • 全基因组 SNP 标记成为分子标记辅助选择的重要工具，助力育种家开发高产、抗逆的水稻品种。
  • 对候选基因的功能注释揭示了改善米质、抗病性和非生物胁迫耐受性的潜在靶点。

研究感悟

当我接手这个项目时，它已经完成了在《自然》（Nature）杂志的第一轮同行评审，并正处于大修（major revision）阶段。修订工作包括增加测序深度以及扩大样本选择（补充更多个体进行重测序）。最终，我们分析了 50 份水稻品种，以及 15 份低深度测序品种，使该研究成为当时水稻研究中最大规模的群体基因组分析之一。尽管修订和完善的过程充满挑战，但最终在《自然·生物技术》上的发表，为水稻基因组学和作物改良做出了重要贡献。

研究全文可通过 Nature Biotechnology 在线访问。