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北京時間2025年4月16日，國際權威學術期刊《自然》（Nature）以“A pangenome reference of wild and cultivated rice（野生和栽培稻精細泛基因組圖譜）”為題，在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心韓斌院士團隊的重大研究成果。該研究首次完成了145份亞洲栽培稻及普通野生稻的高精度基因組組裝，繪制了迄今為止分辨率最高的“野生稻-栽培稻泛基因組圖譜”，系統挖掘了普通野生稻廣泛的遺傳多樣性，并全面解析了亞洲栽培稻各類群的進化及馴化路線。這項研究為水稻基因組輔助育種提供了前所未有的遺傳資源，為培育抗病耐逆、適應氣候變化的優質水稻品種奠定了堅實的科學基礎。

亞洲栽培稻（Oryza sativa L.）作為全球數十億人的主糧，其馴化歷史可追溯至一萬年前的普通野生稻（Oryza rufipogon）。 面對全球人口增長和氣候變化加劇的雙重壓力，如何將野生稻歷經萬年錘煉的“生存智慧”注入現代品種，培育出兼具高產潛力與抗病抗逆特性的"超級水稻"已成為破解糧食安全困局的重大課題。然而，傳統依賴單一參考基因組的研究模式，如同“以管窺天”，僅能捕捉水稻遺傳多樣性的冰山一角。因此，急需構建一個高質量、大規模的野生稻泛基因組，深度解析其廣泛的多樣性，全面挖掘其耐逆、抗病等優良性狀的遺傳變異寶庫。

韓斌研究團隊整合具有代表性的129份普通野生稻和16份亞洲栽培稻資源，進行高質量的基因組測序和從頭組裝，構建了一個可以覆蓋野生稻和栽培稻全面遺傳景觀的泛基因組（pangenome）圖譜。這也是該研究團隊繼全面解析水稻馴化路線（Nature， 2012）和構建首個栽培稻-野生稻泛基因組草圖（Nature Genetics， 2018）之后，在水稻基因組研究和進化領域取得的又一項重大突破。

這一參考基因組級別的栽培稻-野生稻泛基因組為原有公認的單個參考基因組新增了38.7億個堿基對，共包含69,531個基因，其中近20%為野生稻特有的，這些基因被證實與抗病防御、環境適應性等性狀密切相關。研究發現，野生稻中的抗病基因豐度和多樣性均明顯高于栽培稻，已精準定位到1,184個野生稻中拷貝數高于栽培稻的抗病基因位點，其中包含2個已驗證的抗稻瘟病基因。這些發現進一步證實了野生稻堪稱作物改良的“戰略資源庫”，可以為培育抗病耐逆的水稻品種提供直接的基因來源。

基于高質量的基因組序列，對亞洲栽培稻各類群中的早期關鍵馴化基因進行單倍型分析，證明所有亞洲栽培稻的馴化位點均來源于粳稻祖先Or-IIIa，進一步證實了亞洲栽培稻單起源假說，為持續數十年的學術爭議提供了關鍵證據。此外，研究還發現在南亞各栽培稻類群之間存在廣泛的基因交流，并由此定義了一個新的栽培稻亞群intro-indica，成功繪制了一副更全面的水稻進化和馴化路線圖。

綜上所述，這項研究構建了一個近飽和的野生稻泛基因組數據庫，實現了野生稻遺傳資源的系統性整合，有效彌合了野生稻和栽培稻基因組學研究的差距。科學家可據此精準挖掘野生稻優勢等位基因，追溯重要基因的起源，解析水稻環境適應與表型可塑性機制。在糧食安全日益嚴峻的當下，這項研究為實現水稻快速從頭馴化、精準培育抗逆性強、資源利用率高、產量突破的新品種提供了關鍵的基因資源。正如一位審稿人對該工作的評述：“由于馴化瓶頸的存在，野生稻品種中存在的遺傳變異只有一部分轉移到了栽培稻品種中。因此，野生稻是進一步改良栽培稻的重要遺傳變異資源庫。該論文所呈現的前所未有的野生稻基因組組裝，將成為學術界鑒定有益遺傳變異的寶貴資源。從這個角度來看，該論文標志著作物基因組學的一個顯著里程碑。”《自然》（Nature）雜志同期發布的研究簡報（Research Briefing）" Unlocking the diversity of wild and domesticated rice "，強調了該研究在未來保障糧食安全方面的重大意義。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心韓斌院士和趙強研究員為本文共同通訊作者，博士研究生郭東靈和高級工程師李艷為本文共同第一作者。上海師范大學黃學輝教授也為該研究提供了大力支持。該研究受到國家自然科學基金、中國科學院先導專項和國家農業農村部重點研發項目的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08883-6

野生稻和栽培稻泛基因組圖譜

亞洲栽培稻進化路線圖

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