“十三五”农业十大科技成果｜水稻基因组学研究及应用

回顾“十三五”，我国农业科技基础前沿研究取得一系列重大突破，推动农业产业发生一系列重大变革，对农业农村经济社会发展做出一系列重大贡献。现遴选出了10项重大标志性成果【详情】，为大家逐一介绍。

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“十三五”农业十大科技成果

水稻基因组学研究及应用

进入二十一世纪，随着全球化、市场化农业产业发展和全球贸易一体化格局的逐步形成，我国种业正面临前所未有的严峻挑战，主要表现在：依靠传统育种技术难以大幅度提高粮食单产；土地资源短缺、农业环境污染日益突出；种质资源发掘、基因组育种技术亟需创新等。水稻不仅是重要的粮食作物，由于其基因组较小且与其它禾本科作物基因组存在共线性，以及具有成熟的高效遗传转化体系，已成为作物功能基因组研究的模式植物。水稻功能基因组研究的成果将辐射和带动其他作物功能基因组研究，引领作物现代育种的技术前沿。

我国通过连续四个“五年科技计划”设置重大专项资助水稻功能基因组研究，业已建成较为完备的功能基因组研究平台，包括大型的突变体资源、全长cDNA文库、全基因组表达谱芯片、高密度基因型图谱关联分析、高通量表型组、代谢组及全球首张高密度育种芯片等研究与应用平台。2016年启动的国家重点研发计划“水稻功能基因组研究与应用”项目进一步拓展功能基因组研究平台，重点剖析重要农艺性状形成的分子调控网络，并将其应用于水稻品种的分子遗传改良，主要研究成果包括：

水稻重要农艺性状形成的分子网络解析

在产量性状功能基因组研究方面，解析了粒形基因GS3、GL4，穗型基因OsSK41、DF1，育性基因S5、ZYGO1等20多个基因调控水稻产量性状形成的分子网络，并揭示长链非编码RNA调控每穗粒数的分子机制。在水稻品质性状功能基因组研究方面，揭示了外观品质基因GS9和食味品质基因OsMADS57等调控水稻品质的分子机制。在水稻逆境功能基因组方面，建立了OsASR2、TPI1.1、OsMADS57、HAF1等基因介导水稻抗病虫及环境胁迫的分子模型。

图1：GS3介导G蛋白信号途径调控粒型的分子模式图

水稻生物信息分析平台的完善

为了深入发掘水稻基因组信息，项目构建了高质量的籼稻参考基因组和生物信息平台RiceInformationGateWay(RIGW)；搭建了水稻已克隆基因及其互作资源数据库funRiceGenes（http://funricegenes.ncpgr.cn/）；创建了适用于多种植物的单链导向RNA设计工具CRISPR-P；此外，还研发了CRISPR-P2.0、dbrice.pro（水稻蛋白质磷酸化数据库）等水稻生物信息分析平台，服务于水稻及其他作物功能基因组研究。

图2：水稻生物信息分析平台RIGW网站架构及其用途

水稻高分辨率三维基因组图谱的绘制

建立了高分辨率三维基因组检测技术Long-readChIA-PET和分析平台；利用三维基因组研究技术绘制了水稻活跃基因以及异染色质参与的高分辨率三维基因组图谱，揭示了水稻三维基因组结构对基因的转录调控，以及遗传变异对三维基因组结构及基因表达的影响，同时利用该技术和检测平台，拓展到玉米、拟南芥等的物种的三维基因组图谱构建，起到引领和带动农作物及模式作物三维基因组学的作用。

图3：水稻三维基因组图谱解析

种质资源创新及基因组育种芯片的研发

利用来自全球3000份水稻品种资源的基因组重测序数据，初步构建了基因组变异平台-水稻基因组与分子育种数据库（http://www.rmbreeding.cn/Index）并创制水稻55K基因和RiceFM8K基因芯片。该育种芯片具有标记准确性高、SNP代表性强、多态性高等特点。该芯片不仅适用于中国材料，还可用于世界各国材料，极大提高了新品种培育的目的性及效率，已申请发明专利。

在水稻种质资源创新方面，已创制优异新种质1千余份，其中鉴定出具有育种价值的优异种质30余份，已获得2个新品种的审定。

图4：水稻基因组育种新品系的田间表现

回顾近20年我国水稻功能基因组研究历程，我国水稻功能基因组研究领域全面布局，绘制了多个代表性水稻品种的基因组精细图谱，完成超过5000份水稻品种的变异组图谱，在水稻功能基因组技术、资源与信息平台的构建，重要基因的分离克隆和功能鉴定，产量、品质、抗逆、营养高效等重要农艺性状的功能基因组等方面取得了一批显著的成果。相关研究成果发表在国际最高水平的学术刊物上，提升了我国种业创新能力以及与国际种业巨头竞争的实力，确立了我国水稻功能基因组研究整体水平的国际领先地位。

编辑|孙丽敏责编|康轩山监审|钟倩