张启发院士最新综述：中国水稻功能基因组研究

　　

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生物通报道：功能基因组研究是植物生命科学研究的核心领域之一. 从少数基因的克隆到重要农艺性状的功能基因组解析, 我国水稻功能基因组研究实现了跨越式发展, 阐明了水稻育种中的一些重大生物学问题, 功能基因组的研究为水稻品种改良和育种技术变革奠定了基础.

近期在第520次学术讨论会上，来自华中农业大学的张启发院士就水稻功能基因组研究进行了介绍，同时这一内容也以“中国水稻功能基因组研究进展与展望”为题，公布在科学通报上，文章指出我国科学家提出了继续推进“水稻2020”研究计划, 适时启动水稻4D基因组的发展建议.

水稻(Oryza sativa)是最主要的粮食作物, 水稻的安全生产直接关系到农业的可持续发展和社会稳定. 同时, 水稻由于其基因组小, 与玉米(Zea mays)、小麦(Triticum aestivum)等主要禾本科作物在基因组上存在共线性, 其重要农艺性状的功能基因组研究成为植物生物学的前沿和热点. 1998年, 我国作为主要发起和参与国参加了国际水稻基因组测序计划(International Rice Genome Sequencing Project, IRGSP). 并于2002年率先完成了粳稻品种日本晴第4号染色体的精确测定和超级杂交稻亲本籼稻品种9311的全基因组草图.

2005年IRGSP宣布日本晴的全基因组精确序列完成. 全基因组序列的获得在给研究工作提供极大方便的同时, 也给生命科学研究带来了巨大的挑战. 其中最主要的挑战就是如何确定DNA序列的功能. “功能基因组学”的一个主要任务是确定这些序列(包础上揭示各种生命现象所涉及的基因及其表达调控的机理, 最终阐明基因组的功能.

早期的功能基因组研究大体包括两块内容: 研究工具即技术平台的创建和重要功能基因发掘及功能鉴定. 继完成水稻基因组精确测序后, 我国适时启动了水稻功能基因组研究. 科研人员相继创建了大型突变体库、核心种质资源和高密度的基因表达谱芯片等功能基因组研究平台, 发掘和克隆了一批控制重要农艺性状的具有自主知识产权的功能基因, 在重要农艺性状形成的分子网络解析方面取得突破性进展, 为水稻基因组选择育种奠定了坚实基础.

在文章中，张启发院士等人提出在以高通量为基础的组学技术的推动下, 功能基因组正逐渐形成多学科、多层次、多角度、多时空的整体研究格局. 水稻功能基因组的研究内容和目标也将不断拓展.

其中包括水稻2020研究计划(RICE 2020)、水稻4D基因组学(RICE 4Dome) 等，作者在文章结尾提出水稻功能基因组研究计划实施以来, 从少数基因的克隆到重要农艺性状的功能基因组研究, 实现了跨越式发展, 集中攻克了水稻育种中一些重大生物学难题, 取得了一批重大科技创新成果. 基于我国水稻功能基因组研究的良好基础和优势地位, 应提出以解析全基因组DNA功能元件及其相互作用机理研究的远大目标. 推进水稻功能基因组对促进水稻育种行业的转型, 从传统育种向现代化、以基因组信息为依据的科学育种的重要作用.

(1) 继续推动“水稻2020”研究计划(RICE2020)的实施, 巩固和发展我国在水稻功能基因组研究的国际优势地位. 建立技术和资源平台; 确定全部基因的生物学功能; 全系统水平的基因表达谱、表观基因组、表达调控网络; 蛋白组、蛋白-蛋白互作组; 栽培稻及其野生稻亲缘的基因组多样性; 生物信息学、数据库、信息的交流与共享; 育种应用. 加强分工协作、整合资源, 搭建水稻功能基因组的大数据库和分析平台.

(2) 适时探讨和启动水稻4D基因组(RICE 4Dome)研究, 培育新的新生长点和制高点. 研究计划实施中可借鉴美国ENCODE项目运作经验, 寻求国家硬件和软件的支持, 将分散的小数据库和资源有效地整合起来, 确定统一标准和参考, 为全国水稻科研工作者提供一个完备的水稻大数据库平台.

(3) 水稻基因组育种技术推动生物种业发展. 开展以育种应用为目标的功能基因组研究, 创建规模化种业育种技术平台; 以基因组研究成果推动水稻育种目标的发展与创新. 将功能基因组的成果应用于育种技术、育种平台和育种体系, 培育绿色超级稻新品种, 服务于资源节约、环境友好的两型农业生产体系, 促进我国育种行业的转型, 提升我国种业创新能力, 不断增强我国农业生物技术育种的国际竞争力.

（生物通）

原文摘要：

肖景华, 吴昌银, 袁猛, 等. 中国水稻功能基因组研究进展与展望. 科学通报, 2015, 60: 1711–1722
Xiao J H, Wu C Y, Yuan M, et al. The progress and perspective of rice functional genomics research in China (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 60: 1711–1722, doi: 10.1360/N972015-00391