中国最出色生物学博士，并且斩获国家国家自然科学一等奖（同时系统介绍其背后的实验室成果）

编者按：iNature推出中国最出色的生物学博士系列，同时也会适当地介绍其背后的实验室研究成果。

iNature：2017年度的国家自然科学一等奖授予“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”项目，主导这个项目的学者分别是李家洋，韩斌，黄学辉、钱前，王永红等5人。今天就带大家认识一下韩斌的研究成果（注：黄学辉先前是韩斌实验室的博士，但现在为止，主要有2篇Nature，3篇Nature Genetics，1篇Annual Review等文章），我们遴选了韩斌参与的20篇经典文章（下载链接：https://pan.baidu.com/s/1nw9C1mT，仅用于学习及教育，切勿商用）。

▲国家自然科学一等奖项目“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”的五位获奖人，从左到右依次为黄学辉、钱前、李家洋、韩斌、王永红（来源：文汇报）

1.水稻第4号染色体序列的获取(2002年，引用次数832次)

水稻是世界上一半以上人口的主要食物。基因组大小为430Mb，水稻栽培种Oryza sativa是基因组研究的模式植物。在这里，韩斌等研究组报告了水稻4号染色体的序列分析，这是水稻染色体的第一个完全测序版本。完成的序列跨度34.6 Mb，占染色体的97.3％。此外，韩斌等研究组还报道了植物着丝粒最长的已知序列，完整序列重叠群1.16 Mb，与染色体4的着丝粒区域相对应。韩斌等研究组预测了4,658个蛋白编码基因和70个tRNA基因。共有1681个预测的基因与可用的独特的稻表达序列标签匹配。转座因子对真染色区域有明显的偏好，表明它们与染色体上基因的分布密切相关。栽培稻亚种的比较基因组分析表明，染色体与单核苷酸多态性以及插入和缺失水平之间存在整体的同线性关系。相比之下，水稻和拟南芥之间的基因顺序几乎没有保守性。这是韩斌的第一篇影响力巨大的文章，联合多个团队，组装了水稻第4号染色体。

原文链接

https://www.nature.com/articles/nature01183

2.水稻注释项目（2007年，引用次数2712次）

水稻注释项目数据库（RAP-DB）的建立是为了提供国际水稻基因组测序项目（IRGSP）的基因组序列组装，人工策划的序列注释，以及其他可用于全面了解水稻的基因组信息生物学。自RAP-DB上一次出版以来，IRGSP基因组已经被修改和重新组合。此外，大量的水稻表达序列标签已经发布，功能基因组学资源已经在世界范围内产生。因此，水稻基因组团队联盟已经通过对水稻基因的所有功能描述进行人工调整，彻底更新了我们的基因组注释。最新版本的RAP-DB包含以下各种注释数据：通过cDNA验证的31 439个基因的克隆位置，结构和功能，通过大规模并行签名测序（MPSS）技术检测的RNA基因和序列相似性，侧翼序列突变线，转座元件等。其他注释数据（如Gnomon）可与RAP一起显示以供比较。我们还开发了一个新的关键字搜索系统，允许用户访问有用的信息。 RAP-DB可在以下网址获得：http://rapdb.dna.affrc.go.jp/和http://rapdb.lab.nig.ac.jp/。

原文链接

https://watermark.silverchair.com/gkm978.pdf?token=AQECAHi208BE49Ooan9kkhW_Ercy7Dm3ZL_9Cf3qfKAc485ysgAAAbMwggGvBgkqhkiG9w0BBwagggGgMIIBnAIBADCCAZUGCSqGSIb3DQEHATAeBglghkgBZQMEAS4wEQQMw4mis3F08OPkO3_XAgEQgIIBZtez7dMrXsP5T-pKxp6Vunu2u7IOc80M7tJ0gtwUnECgBsFYAv2FsoMhZmTiuPI1ALc_b065GBa0Cu-3Ntf47g2-qrFRvDsEikZT5636e0kPZtq3QRsDBzeLkLXCKJhD5ziiPprSteFILFcHEeTv5ptXFU29D2Z3TrOLgdw9QT1aKL4-pT66Ipvoot6D58AXi3Nd4lTGzt_1tloSyUWjV3XdsPde6FHlrBCihuj5yRqW8emnxVfRoqA9lEvIBCnWijqmV2aS_xli3jjM1RHOUNRzzvp50-JkY-9iP9KLQN3-riPRvYZ5hr8ztHpxT4kAB1Tt1b23YVqf7b6kQFiVXcGMmW-WAsYtpzq_voHObO2_UiavNQkiJXY4fWmTP2UmDkOv8FEnKKsNpTxELdqtJFU3pmpZqEArHAoya77JLsyKzpqtcseBdEvUjkERzARVud9rk95HZf0pC54GOg14pDFoZ5yky4U

3.GWAS分析水稻的14个性状（2010年，引用次数781次）

发现适应各种农业气候条件的农作物品种农艺性状的遗传基础对世界粮食安全至关重要。 在这里，韩斌等研究组通过对517个水稻地方品种进行测序鉴定了约360万个SNP，并使用新的数据插入方法构建了水稻基因组的高密度单体型图。 韩斌等研究组在籼稻亚种群体中进行了14个农艺性状的全基因组关联研究（GWAS）。 通过GWAS鉴定的位点平均解释了约36％的表型变异。 六个位点的峰值信号与先前鉴定的基因紧密相关。 这项研究为水稻遗传学研究和育种提供了基础资源，并且证明了将第二代基因组测序和GWAS整合在一起的方法可以作为经典的双亲交叉作图的有力补充策略，用于解剖水稻的复杂性状。

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https://www.nature.com/articles/ng.695.pdf

4.水稻分蘖控制的性状解析（2003年，引用次数637次）

水稻（Oryza sativa L.）分蘖是粮食生产的重要农艺性状，也是单子叶植物分枝研究的模式体系。水稻分蘖是一个专门的含有分枝的部分，形成于无伸长的基部节间，通过自身的不定根独立于母茎（秆）生长。水稻分蘖发生在一个两阶段的过程中：在每个叶腋形成一个腋芽，并随后向外生长。尽管水稻分蘖的形态学和组织学以及一些突变体已经得到了很好的描述，但分蘖的分子机制还有待进一步阐明。在这里，多个团队报告MONOCULM 1（MOC1）的分离和表征，这是一个重要的控制水稻分蘖的基因。由于分蘖芽形成的缺陷，moc1突变体植株只有一个没有任何分蘖的主茎。 MOC1编码假定的GRAS家族核蛋白，其主要在腋芽中表达，并起到启动腋芽并促进其生长的作用。

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https://www.nature.com/articles/nature01518.pdf

5.驯化水稻的起源（2012年，引用次数473次）

作物驯化是人类文明进步的长期选择实验。栽培稻（Oryza sativa L.）的驯化是历史上最重要的发展之一。然而，它的起源和驯化过程是有争议的，并且一直在争论。在这里，韩斌等研究组从野生稻种Oryza rufipogon，栽培稻的直系祖先和来自1,083个栽培籼稻和粳稻品种的446个地理不同的材料中构建了基因组序列，以构建水稻基因组变异的综合图谱。对驯化扫描和全基因组模式进行的深入分析表明，粳稻是首次在中国南方珠江中部地区的一个特定种群中分离到，并且随后籼稻被驯化作为最初的品种在东南亚和南亚蔓延。本研究为水稻育种提供了重要资源，也为作物驯化研究提供了有效的基因组学方法。

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https://www.nature.com/articles/nature11532.pdf

6.全基因组测序进行高通量基因分型（2009年，引用次数340次）

新一代的测序技术与日益增多的基因组序列相结合，为更有效的遗传作图和基因组分析重新设计基因分型策略提供了机会。韩斌等研究组已经开发了一种利用Illumina基因组分析仪生成的全基因组重测序数据对重组人群进行基因分型的高通量方法。随着测序技术的不断进步，这种基于基因组的方法可能会取代传统的基于标记的基因分型方法，为大规模基因发现和解决广泛的生物学问题提供强大的工具。

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http://genome.cshlp.org/content/19/6/1068.full.pdf

7.世界范围内的水稻种质资源收集开花时间和产量性状的全基因组关联研究（2012年，引用次数314次）

高密度单倍型图最近在中国水稻地方品种籼亚种群中进行了全基因组关联研究（GWAS）。在这里，韩斌等研究组将这种方法扩展到一个更大，更多样化的950个全球水稻品种，包括水稻籼稻和水稻粳稻亚种，以执行额外的GWAS。韩斌等研究组共鉴定了32个与开花时间相关的新基因座和10个与谷物相关的性状，表明较大的样品增加了使用GWAS检测性状相关变体的能力。为了表征各种等位基因和复杂的遗传变异，韩斌等研究组开发了一个基于单倍型的水稻低覆盖度测序数据从头组装的分析框架。韩斌等研究组通过详细的注释确定了18个相关基因座的候选基因。本研究表明，基于序列的GWAS和功能基因组注释的整合方法有可能使复杂性状与其水稻因果多态性相匹配。

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https://www.nature.com/articles/ng.1018

8.水稻机械强度分子机制的解析（2003年，引用次数267次）

植物机械强度是一个重要的农艺性状。 为了解控制植物机械强度的分子机制，李家洋等研究组使用基于图位克隆方法对经典水稻突变体脆性秆1（bc1）和分离的BC1进行了鉴定。 编码COBRA样蛋白的BC1主要在发育的厚壁细胞和维管束中表达。 在这些类型的细胞中，BC1的突变不仅导致细胞壁厚度和纤维素含量的减少，而且木质素水平也增加，这表明控制单子叶植物机械强度的基因BC1在生物合成中起重要作用。

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http://www.plantcell.org/content/plantcell/15/9/2020.full.pdf

9.竹子基因草图的获取（2013年，引用次数160次）

竹代表了森林中原生草的唯一主要谱系，也是世界上最重要的非木材林产品之一。 然而，在Bambusoideae亚科没有物种被测序。 在这里，韩斌等研究组报告了毛竹（Pseudomonas pubescens）的高质量草图基因组序列。 2.05-Gb组件覆盖了95％的基因组区域。 基因预测模型鉴定了31,987个基因，其中大部分由cDNA和深度RNA测序数据支持。 聚类基因家族的分析和基因共线性表明，竹子在7-12万年前进行了全基因组复制过程。 鉴定在细胞壁生物合成中关键的基因家族表明，全基因组复制事件产生更多涉及竹笋发育的基因重复。 竹开花组织的RNA测序分析表明干旱响应和开花基因之间的潜在联系。

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https://www.nature.com/articles/ng.2569.pdf

10.谷子基因草图的获取（2013年，引用次数134次）

谷子（Setaria italica）是在干旱地区种植的重要粮食作物。 在这里韩斌等研究组测序了916个不同的谷子品种，确定了258万个SNPs，并使用了80万个常见的SNPs构建了谷子基因组的单倍体型图。 韩斌等研究组将谷子品种分为两个不同的群体，这些群体与早花期和晚花期密切相关。 韩斌等研究组在5个不同环境下对916个品种进行了表型鉴定，并通过全基因组关联研究鉴定了与47个农艺性状相关的512个位点。 韩斌等研究组进行了一个从头测序Setaria viridis（S. italica的野生祖先）和S. italica品种的深度测序基因组，并确定了复杂的种间和种内变体。 韩斌等研究组还确定了在现代育种过程中似乎发生的36次选择性过程。 本研究为谷子遗传学研究和遗传改良提供了基础资源。

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https://www.nature.com/articles/ng.2673

12.作物GWAS分析应用（2014年，引用次数115次）

农作物的天然变体是在自然和人类选择下从野生祖先植物产生的。能够适应各种环境条件的多样作物是作物改良的宝贵资源，以满足日益增长的人口的食品需求。随着参考基因组序列的完成，高通量测序技术的出现，使得能够对大量农作物基因组进行快速准确的重测序以检测农作物表型变异的遗传基础。全面的基因组变异图谱促进了复杂性状的全基因组关联研究和作物进化变化的功能研究。这些进展将大大加速通过基因组学辅助育种对作物设计的研究。在这里，韩斌及黄学辉首先共同讨论作物基因组研究，并描述基于测序的基因分型和作物全基因组关联研究的发展。然后，韩斌及黄学辉回顾基于测序的作物驯化研究，并提供基因组驱动作物设计的观点。

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http://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-arplant-050213-035715

13.水稻颗粒大小的机制探讨（2016年，引用次数72次）

尽管遗传多样性在驯化中起着重要的作用，但是水稻基因组中丰富的天然等位基因变异，导致不同品种之间在农学上的重要差异尚未得到充分的探索。在这里，韩斌等研究组实施了一个方法，整合全基因组关联测试和不同水稻种群的粒度功能分析。韩斌等研究组报告说，编码植物特异性转录因子OsSPL13的主要数量性状基因座GLW7正向调节谷壳中的细胞大小，导致稻米长度和产量增加。韩斌等研究组确定OsSPL13的5'UTR中的串联重复序列通过影响转录和翻译来改变其表达，并且OsSPL13的高表达与热带粳稻中的大颗粒相关联。进一步分析表明，热带粳稻GLW7的大粒等位基因在人工选择下从籼稻品种中渗入。韩斌等研究组的研究表明，新的基因可以在全基因组关联数据的基础上有效识别。

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https://www.nature.com/articles/ng.3518

14.杂种优势的探讨（2015年，引用次数62次）

杂种优势的开发是遗传学在农业中最重要的应用之一。 然而，杂种优势的遗传机制只是部分理解，缺乏代表性杂种组合的杂种优势的全局观点。 在这里，韩斌等研究组开发了一个集成的基因组方法来构建一个1495杂交水稻品种及其亲本亲本系的基因组图谱。 韩斌等研究组调查38种农艺性状和确定130个相关基因座。 对杂合子基因型影响的深入分析表明杂种中只有少数基因具有较强的超显性效应，但产量与优势等位基因数量之间存在较强的相关性。 虽然大多数亲本自交系只有少数优质等位基因，但高产杂交品种有几个。 韩斌等研究组得出这样的结论：积累了许多具有优势的稀有优势等位基因，是杂种优势现象的重要原因。

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https://www.nature.com/articles/ncomms7258

15.水稻芒的机制探讨（2015年，引用次数53次）

长芒对于野生稻（Oryza rufipogon）中的种子散布是重要的，但在栽培稻（Oryza sativa）中不存在。栽培稻中失去芒的遗传机制尚不清楚。韩斌等研究组在这里报告的主要数量性状基因座An-1的分子克隆，其调节O. rufipogon中的长芒形成。 An-1编码调节细胞分裂的碱性螺旋 - 环 - 螺旋蛋白。在无芒籼广露4的遗传背景下，携带野生型等位基因An-1的近等基因系（NIL-An-1）产生较长的芒和较长的谷粒，但与广尾4相比，每穗粒数显着减少。转基因研究证实，An-1正调节芒的伸长，但负调节每穗的粒数。发现An-1位点的遗传变异与栽培稻中的芒丢失有关。野生栽培稻和栽培稻的群体遗传分析显示水稻品种An-1基因座的核苷酸多样性显著降低，表明An-1基因座是人工选择的主要目标。因此，韩斌等研究组提出，人类喜欢并强烈选择芒类遗传丢失的水稻品种，因为引起芒类遗传损失的An-1位点的遗传变异会增加种子数量，进而提高栽培稻谷物产量。

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http://www.plantcell.org/content/25/9/3360

16.水稻4号染色体转录组学的分析（2005年，引用次数49次）

栽培稻（Oryza sativa）的完整基因组序列为了解该模型谷类的生物学提供了前所未有的机会。这一努力中必不可少的步骤是确定每个测序染色体的编码信息和表达模式。在这里，韩斌等研究组报告使用基于PCR产生的基因组DNA片段的平铺路径微阵列分析水稻染色体4的转录活性。使用该微阵列对六种代表性的水稻器官类型进行检查，以对水稻染色体4的转录区域进行分类，并揭示器官和发育阶段特异性转录模式。该分析为染色体中82％的基因模型提供了表达支持。还检测到1643个非注释区域的转录活性。与细胞学定义的染色质特征的比较表明，在幼年期水稻中，正染色区域比染色体上富含转座子的异染色部分更活跃地转录。有趣的是，在成熟期的水稻器官和悬浮培养的细胞中观察到在某些异染色质区域中转座子相关基因模型的转录增加。这些结果表明转录活性与染色体组织和染色体水平上转录活性的发育调节之间密切相关。

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http://www.plantcell.org/content/17/6/1641

17.水稻杂种优势性状的分析及解释（2016年，引用次数32次）

提高粮食产量是作物育种的长期目标，以满足全球粮食安全的需求。杂种优势，当一个杂交种表现出比双亲更高的性状时，为作物育种提供了一个重要的策略。为了检测水稻杂种优势的遗传基础，韩斌等研究组从17个代表杂交稻杂交组合中产生，测序和记录了10 074个F2系的表型。韩斌等研究组将现代杂交水稻品种分为三组，代表不同的杂交育种系统。尽管韩斌等研究组没有发现任何与所有品系共享的杂种优势相关基因位点，但是在每个组内，来自母本的少量基因组位点解释了杂交种对其父本的产量优势。对于这些位点中的一些，韩斌等研究组发现对于产量相关性状的杂合基因座的部分优势的支持，以及当综合考虑所有的谷子产量性状时总体表现的优良亲本杂种优势。这些结果说明了杂种优势和水稻杂种育种的基因组结构。

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https://www.nature.com/articles/nature19760.pdf

18.耐热水稻机制的阐述（2015年，引用次数32次）

全球变暖威胁着人类生活的许多方面，例如，作物产量明显的减少。使用赋予耐热性的基因来培育耐热作物是帮助应对这一挑战的根本途径。在这里，林鸿宣等研究组确定了非洲水稻（Oryza glaberrima）耐热性1（TT1）中的耐热性的主要数量性状基因座（QTL），其编码涉及泛素化蛋白质降解的26S蛋白酶体的α2亚基。蛋白分析表明OgTT1通过更有效地消除细胞毒性变性蛋白和更有效地维持热响应过程而保护细胞免受热应激。 TT1的变异基于气候温度选择，在水稻进化过程中的局部适应中起着重要的作用。另外，林鸿宣等研究组发现OgTT1的过表达与水稻，拟南芥和Festuca elata中耐热性显着增强有关。面对全球变暖的威胁，这一发现可能会导致作物安全性的提高。

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https://www.nature.com/articles/ng.3305

19.Civáň方法学出问题（2016年，引用次数5次）

水稻驯化一直是一个热门话题。 Civáň等最近提出，亚洲不同地区的籼稻，粳稻和粳稻是独立驯化的。 他们重新分析了先前公布的基因组数据，以确定在籼稻，澳大利亚和粳稻中选择的基因座，并通过将π（野生）/π（驯化）阈值4应用于籼稻鉴定了38个共定位的低多样性基因组区域 。 在25个CLDGR品种中，籼稻和粳稻分别分枝，得出三个组独立驯化的结论。 韩斌及黄学辉认为，Civáň等人用于鉴定驯化位点的方法在技术上是有缺陷。

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https://www.nature.com/articles/nplants2015207

20.耐热水稻机制的阐述（2008年，引用次数59次）

插入和精确消除转座元件在水稻（Oryza sativa）中产生大量转座子插入多态性（TIP）。韩斌研究组观察到TIP代表了水稻基因组中超过50％的大插入和缺失（> 100bp）。使用比较基因组的方法，韩斌研究组确定了两个栽培品种，日本粳稻和籼稻93-11的基因组之间的2041个TIP。这些分析提供了全基因组水平的进化历史和遗传变异的见解。

原文链接

http://www.plantphysiol.org/content/plantphysiol/148/1/25.full.pdf

注：如果有不全，iNature再次表示歉意；引用次数参考Web of Science网站。

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韩斌，研究员，博士生导师

1988年7月从广西大学农学院毕业，获分子遗传学硕士学位;获得英国Gatsby Charitable Foundation奖学金，于1989年2月赴英国著名的John Innes中心Sainsbury 实验室攻读博士学位，从事植物病原菌分子遗传学研究。1992年11月获英国塞理斯伯里实验室约翰英纳斯中心博士学位。1998年8月，正值中国水稻基因组测序计划起步阶段，毅然回国工作。从2002年起，担任了中国科学院上海生命科学研究院植物生理与生态研究所所长。2008年，被任命为中科院北京基因组研究所副所长。 2011年12月2日任中科院上海生命科学研究院副院长。

回国后，韩斌带领中心全体研究人员，出色完成国际水稻基因组计划粳稻第四号染色体的精确测序任务，并取得多项重要的创新性研究成果。作为国内首次完成大基因组单条染色体的精确测序，这是我国在生物领域基础研究上的重大突破，具有深远的学术意义和经济前景。该成果也被两院院士评为2002年全国"十大"科技新闻榜首之一。

韩斌研究员长期从事基因组学的基础研究，并致力于利用不断发展的基因组学的理论和方法探索水稻基因组结构、功能和遗传改良潜力。完成了对水稻第四号染色体的精确测序和综合分析，发展了籼、粳稻全基因组及基因水平上的比较与功能研究系统，建立了以第二代测序仪为基础的高通量基因型分析平台和转录组分析平台。有关研究结果先后发表在Nature, Genome Research, Nature Genetics，Plant Cell等国际知名学术刊物上。

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