华中农大副教授谢为博：大数据分析育种印迹

　　

   这是一个大数据的时代，各行各业都对大数据痴迷，农业基因组学也不例外。近期华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室通过分析1479个水稻品种绘制出基因组变异图谱，揭示出了水稻改良的育种印迹，这项研究结果显示粮食产量与品种中育种印迹的数量呈正比，表明了一个品系中的育种印迹数量或许可用于预测水稻的农艺潜力，选出的基因位点或可为科学家们提供一些水稻改良的靶点。

   领导这一研究的是华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室张启发院士及练兴明教授，第一作者为谢为博副教授和王功伟副教授，为了更进一步了解这项重要的成果，生物通特联系了谢为博副教授，就读者感兴趣的问题请教了他。

生物通：如何能通过一个品系中育种印迹数量预测水稻的农艺潜力？目前是否有成功的或者相关的案例？

谢为博副教授：我们观察到不同品种中育种印迹的数量与该品种的产量呈显著正相关，由于除了产量外，还有稳产、抗性等其他育种目标也会在育种中受到选择，因此我们认为一个品种育种印迹的数量可能可以作为判断该品种综合农艺潜力的参考指标之一。

   从2011年开始，我们和中国种子集团、北京大学合作开发了系列育种芯片（Plant Biotechnol J, 2014, 12: 28-37；Mol Plant, 2014, 7: 541-553），在即将发布的最新款的芯片中已经包含了专门设计的用于检测育种印迹的标记。今后只需将一个品种的DNA与该芯片杂交，我们就能判断该品种具有哪些育种印迹。

   借助育种芯片，至少有两种方式可将育种印迹用于育种：（1）培育自交种时，可以根据农艺性状及育种印迹的互补性选择骨干亲本杂交，然后根据田间表型筛选后代株系，最后根据每个株系中育种印迹的数量可再次优选；（2）培育杂交组合时，育种印迹能互补的组合可能具有更大的杂种优势。目前我们设计了一些实验正在进一步验证这些育种印迹用于实际育种的可行性。需要指出的是，育种印迹的鉴定与所用的品种组成有很大的关系，我们这个研究里最近20年的品种非常少，因此还存在继续优化的空间。

生物通：这项重要的成果分析了来自73个国家1,479个水稻品种，这是一个大工程，研究组采用了哪些大数据分析方法，在这方面是否有些心得能跟大家分享一下？

谢为博副教授：该研究是在张启发老师全局总览下进行的，各人分工明确，材料收集、田间表型考察和数据分析缺一不可，大家亲密无间的合作非常重要。我主要是负责数据分析，为了能从数据中看出点门道，恶补了一个月水稻近现代育种的历史，才明白黄耀祥、颜龙安等老先生的功绩，知道了一些有名的品种的来源，产生了分析育种印迹的想法。

   后来为了分析受选择单倍型，还去参加了复旦大学金力老师团队举办的人类遗传学讨论班，学习群体遗传分析方法。通过这个过程深深感到要做好科研，各方面的知识要学的还很多。

生物通：近年来的基因组研究鉴别出了大量在水稻驯化过程中经过选择的基因位点，这是否在实际育种中发挥的作用？是什么阻碍了这一领域的发展呢？

谢为博副教授：驯化相关位点基本上在栽培稻中已经固定，因此是个“过去式”，主要是告诉我们曾经发生了什么，对直接指导今后的育种可能用处不大。但如果研究清楚了机理，或者发掘出了这些位点上更好的单倍型，在育种中可能会发挥作用。从这点来讲，我们这个研究揭示的是刚发生不久或者正在发生的育种选择，算是离“现在时”比较接近，更有可能在今后育种中发挥作用。现在有了育种芯片，我们也在开发一些相应的模型和软件，在育种中发挥作用的条件应该是具备的。问题在于如何推广，让广大的育种家用得上这些技术，简单说就是如何“培养用户使用习惯”。目前芯片成本还比较高，可能需要先有人砸钱培养育种家的使用习惯，让他们尝到甜头。

生物通：据介绍，半矮杆水稻品种和杂交水稻是上个世纪水稻研究应用于实际的两个重要成功案例，您认为未来为了满足日益增多的粮食需要，水稻急需哪个方面的发展和突破？

谢为博副教授：我认为张启发老师提出的绿色超级稻设想非常有吸引力，“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”，这十六字方针为水稻研究指明了方向。

生物通：近年来由于转基因争论如荼，不少科学家转向分子标记辅助育种，您认为这一研究领域未来前景如何？

谢为博副教授：分子标记辅助育种或者更进一步的“基因组选择育种”是传统育种与基础研究结合的有效方式，能有效提高育种效率，缩短品种培育周期，正逐渐成为育种中的常规手段，未来会继续发挥巨大作用。我们鉴定的育种印迹可以跟这些技术很好地结合。当然，这些技术都是对现有种质资源的利用，相对而言基因操作可以创造额外的种质资源 。

生物通：虽然农作物研究功在千秋，但从事这一领域的研究并不容易，您认为进入该领域的研究人员需要具备哪些科学素养？您选择实验室成员的标准有哪些呢？

谢为博副教授：农作物研究和生命科学发展迅猛，尤其我所在的生物信息学领域，可以说日新月异，因此必须要有一定的自主学习能力和毅力。另外我们需要与实验科学家展开广泛的合作，适当的交流能力也十分必要。

作者简介：
谢为博
副教授 华中农业大学 信息学院 作物遗传改良国家重点实验室
研究方向
基因组学, 系统生物学
教育经历
2004,9-2010,6 华中农业大学 生命科学技术学院 基因组学专业 硕博连读
1999,9-2003,9 中南民族大学 化学与生命科学学院 生物技术专业 本科
主要职历
2010.7- 华中农业大学 作物遗传改良国家重点实验室，固定研究人员（PI）
2014.8- 华中农业大学 信息学院 副教授，博士生导师
2013.1-2014.7 华中农业大学 生命科学技术学院 副教授，硕士生导师
2010.7-2012.12 华中农业大学 生命科学技术学院 讲师
承担课题：
国家自然科学基金 整合组学数据剖析水稻籽粒中代谢途径及其调控网络
国家自然科学基金 基于新一代测序技术的高通量基因分型方法的开发与完善
国家自然科学基金 玉米和水稻重要性状的全基因组关联分析
国家863计划专项 水稻组学、资源和生物信息平台的创建 子项目
国家863计划专项 全基因组选择育种技术平台建设 子项目

(生物通：王蕾)

原文摘要：
Breeding signatures of rice improvement revealed by a genomic variation map from a large germplasm collection
Intensive rice breeding over the past 50 y has dramatically increased productivity especially in the indica subspecies, but our knowledge of the genomic changes associated with such improvement has been limited. In this study, we analyzed low-coverage sequencing data of 1,479 rice accessions from 73 countries, including landraces and modern cultivars. We identified two major subpopulations, indica I (IndI) and indica II (IndII), in the indica subspecies, which corresponded to the two putative heterotic groups resulting from independent breeding efforts. We detected 200 regions spanning 7.8% of the rice genome that had been differentially selected between IndI and IndII, and thus referred to as breeding signatures. These regions included large numbers of known functional genes and loci associated with important agronomic traits revealed by genome-wide association studies. Grain yield was positively correlated with the number of breeding signatures in a variety, suggesting that the number of breeding signatures in a line may be useful for predicting agronomic potential and the selected loci may provide targets for rice improvement.