我们吃的大米是怎么来的？华大基因携手发表水稻新研究成果！

近日，华大基因携手中国农业大学李自超教授/张洪亮教授团队、中国农业科学院/安徽农业大学黎志康研究员团队解析了504份栽培稻和456份野生稻的基因组和群体结构，并在线发表了”Selective and comparative genome architecture of Asian cultivated rice (Oryza sativa L.) attributed to domestication and modern breeding“的论文于国际知名综合性期刊Journal of Advanced Research。（*点击文末“阅读原文”，查看论文原文）

该研究解析了自然和人工选择在驯化和现代育种过程中的基因组印记及其共同塑造粳稻和籼稻两个亚种群体和基因组分化的作用，揭示了水稻在驯化和现代育种过程中基因组水平的进化演化机制，研究结果支持亚洲栽培稻的多重独立驯化模型。

值得一提的是：该研究论文延续使用了xian(i)/geng(j)的命名系统。

图1 960份栽培稻和野生稻种群的系统发育树和3D分化模型

研究结果表明，籼粳两个亚种间的分化一部分来自驯化前其野生群体间分化的基础效应，一部分来自驯化和改良期间的自然选择和人工选择（图1a）。

该研究首次构建了3D分化模型，以解析驯化及现代育种中自然选择和人工选择对群体分化的作用强度。

结果表明，自然选择对籼粳亚种间的分化作用远高于人工选择，其中42%来自于驯化之前普通野生稻原始驯化群体间，58%发生于驯化期间粳稻向其原始驯化群体以外的环境扩散时（图1b）。

图2 驯化和现代育种中全基因组选择印记的比较和功能分析

分析驯化和育种改良的全基因组选择印记表明，籼稻和粳稻在驯化和现代育种过程中对产量和适应性的选择方向是一致的。

然而，由于基因间的补偿效应以及对籼粳亚种驯化和育种上的相对独立性，整个基因组多以KEGG通路节点和基因家族的趋同选择为主，受到趋同选择的基因比例较低（图2a-c）。

基于Ka/Ks分析驯化和育种过程中基因的变异及选择表明，两个过程均以聚合野生群体已有优异等位变异并排除有害新变异为主；而少数位点上有利新变异多与环境适应性有关，有利新变异受到选择保留下来以利于栽培稻向更大范围的地理区域扩散种植（图2d）。

图3 栽培稻和野生稻种群的泛基因组分析

综合栽培稻和野生稻的群体多样性、群体结构、基因组选择印记以及泛基因组（图3）分析结果，结合已报道的研究证据，我们提出了一个新的假设：亚洲栽培稻最早的驯化事件发生在中国，在随后的很长一段时间内，亚洲栽培稻的不同类群在不同地点和时间经历了多次独立驯化过程。

该研究是3,000水稻基因组计划的系列研究成果之一。

2011年9月，中国农业科学院、国际水稻研究所和华大基因共同启动“全球3000份水稻核心种质资源重测序计划”（3,000 rice geomes project），拉开了水稻核心种质资源全基因组测序和基因组分析的序幕。

2014年5月，3,000份水稻基因组测序数据公开发布于NCBI、DDBJ、GigaScience、阿里云等数据库，与全球共享。

2018年4月，中国农业科学院、国际水稻研究所和华大基因等单位在Nature上报道了3,000水稻基因组计划的研究成果，该项目产生测序数据17T，平均测序深度14X，针对水稻起源、分类和驯化规律进行了深入探讨，揭示了亚洲栽培稻的起源和群体基因组变异结构，剖析了水稻核心种质资源的基因组遗传多样性。

基于测序和分析的结果该项目还建立了若干重要的数据库：SNP和表型数据库（Rice SNP-Seek Database），水稻功能基因组育种数据库（Rice functional genomics and breeding database），泛基因组数据库（Rice Pan-genome Browser）。

此外，3,000份水稻种质资源已经发放给多家科研单位、高校和育种单位，用于大规模发掘影响水稻高产、抗病虫、抗逆、优质新基因和育种应用，全面推进水稻分子设计育种。

该研究得到了国家重点研发计划、比尔及梅琳达·盖茨基金会、国家科技支撑计划、国家重点基础研究发展计划（948计划、973计划）等项目的资助。

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华大基因旗下子公司华大科技作为全球领先的科学技术服务机构，主导和参与过大量的大规模动植物种质资源研究计划，大项目经验丰富，提供常规动植物de novo及重测序，T2T基因组，泛基因组，种质资源数字化一站式解决方案等服务。

华大基因已经成功完成1,000多个物种的de novo测序，合作发表顶级期刊文章200+，其中28篇为封面文章；动植物重测序领域，华大集团累计发文200+篇，DNBSEQ™相关文章100+篇，影响因子1,000+；IF>20文章17篇。

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