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基因学家确证:世界栽培稻发源于广西

谢 寿球

10月 18, 2012

本站综合消息,中国科学院上海生科院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌课题组与中国水稻研究所及日本国立遗传所等单位合作,于10月4日《自然》杂志上发表了题为《水稻全基因组遗传变异图谱的构建及驯化起源》的论文,证明分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系最近,表明广西很可能是最初的驯化地点。而以隆安古骆越大石铲文化为中心的地带是广西野生稻基因多样性的中心,这说明隆安是世界栽培稻的发源地。
中科院上海生科院植物生物生态研究所韩斌课题组早早地构建了栽培稻单倍体型图谱。在此基础上,他们又从全球不同生态区域中,选取了400多份普通野生水稻进行基因组重测序和序列变异鉴定,与先前的栽培稻基因组数据一起,构建出一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱。通过这张精细图谱,他们发现水稻驯化从中国南方地区的普通野生稻开始,经过漫长的人工选择形成了粳稻;对驯化位点的鉴定和进一步分析发现,分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系最近,表明广西很可能是最初的驯化地点。他们同时还发现,水稻中的两大分支——粳稻和籼稻,并非同时驯化出现的。
2011年刊登在美国「国家科学院学报」(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一篇论文说,第一种栽培稻出现于8200年前,这和隆安右江、南宁邕江沿岸所发现的稻作文物出现的年代一致。
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科学家新发现:人类水稻种植最早出现在广西
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2012-10-11 ?上海青年报
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水稻是人类历史上最伟大的发明之一,科学家告诉我们,它的“祖先”竟然在中国广西。最近,中国科学院上海生科院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌课题组与中国水稻研究所及日本国立遗传所等单位合作,于10月4日在《自然》杂志上在线以Article发表了题为“水稻全基因组遗传变异图谱的构建及驯化起源”的论文,揭示了人类祖先的在神州大地上劳作的踪迹。
中科院上海生科院植物生物生态研究所韩斌课题组早早地构建了栽培稻单倍体型图谱。在此基础上,他们又从全球不同生态区域中,选取了400多份普通野生水稻进行基因组重测序和序列变异鉴定,与先前的栽培稻基因组数据一起,构建出一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱。通过这张精细图谱,他们发现水稻驯化从中国南方地区的普通野生稻开始,经过漫长的人工选择形成了粳稻;对驯化位点的鉴定和进一步分析发现,分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系最近,表明广西很可能是最初的驯化地点。他们同时还发现,水稻中的两大分支——粳稻和籼稻,并非同时驯化出现的。
通过群体遗传学分析,可以大致推断出栽培水稻的扩散路径:人类祖先首先在广西的珠江流域,利用当地的野生稻种,经过漫长的人工选择,驯化出了粳稻,随后往北逐渐扩散。而往南扩散中的一支,进入了东南亚,在当地与野生稻种杂交,再经历不断的选择,产生了籼稻。
(记者 严柳晴)
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栽培稻起源于中国珠江
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法新社巴黎10月5日电,10月4日发表的稻米基因体序列「地图」,所有稻(亚洲型栽培稻)的始祖来自中国珠江流域。
这篇刊登在「自然」期刊(Nature)上的论文说,第一批栽培稻的品种「粳稻」(Oryza sativa japonica,蓬莱米),是由数千年前华南珠江流域中游的野生稻栽培而成。
稻米与小麦、玉米并列「三大」作物,供应全球粮食所需,迄今已衍生出数百个品种。稻的起源,是科学界长期争辩的议题。科学家对第一种稻出现的时间、地点始终争论不休。有人主张,第一种稻出现不是单一事件,是两种野生稻同时为人种植为栽培稻。稻可分为两个主要亚种-「粳稻」和「籼稻」(Oryza sativa indica,蓬莱米),前者粒短具黏性,后者粒长而不黏。
大陆(中国科学院)上海生命科学研究院韩斌为首的研究群汇集了巨大的数据库,来比对稻米基因体(基因组)序列的细微变化。数据库涵盖了各地不同型普通野生稻(Oryza rufipogon)446种,粳稻和籼稻共1083种。野生稻是现在食用、贩卖稻米的原生种。
若干理论认为籼稻与野生稻是各自独立栽培出来的,研究人员说,透过拼出稻米品种的谱系,就能证明这种理论是错的。第一种籼稻应是由粳稻和野生稻杂交培育而成。这个杂交种后来传到东南亚、南亚,农民为适应各地环境,栽培出数种品种,因而产生独特的籼稻。
这篇论文没提到人类将野生稻培育为栽培稻的确切年代。不过,2011年刊登在美国「国家科学院学报」(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一篇论文说,第一种栽培稻出现于8200年前,这个时间符合珠江流域出土的考古证据。
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水稻驯化可能始于广西珠江流域
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来源:文汇报 ? 日期:2012-10-04
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人类祖先最早驯化水稻,是在哪里?上海科学家从水稻基因里发现了答案——很可能是我国广西境内的珠江流域。今天凌晨,英国《自然》杂志在线发表了这一结果。
水稻、小麦等农作物的驯化、栽培,是人类文明进程中的大事。由于水稻种植区域多分布在亚热带、热带地区,如果无人保存,栽培稻种很难存留。如果真正的水稻驯化源头在炎热地区,水稻栽种痕迹没有留存下来,我们还有办法发现它吗?
有!答案就藏在水稻基因中。中科院上海生命科学院植物生理生态研究所韩斌研究员一直致力于水稻基因组研究。他曾带领课题组完成了水稻基因组测序,又构建了一张精确的水稻高密度基因型图谱。在此基础上,他又带领团队从全球不同生态区域中,选取了400多份普通野生水稻,为它们绘制了精细的基因图谱。
“我们的初衷是想从野生水稻中挖掘更多的优良基因,用来改造栽培水稻,使它们更加健壮、高产。”他对记者说,“但通过基因比较,我们竟然无意中梳理出了水稻驯化源头的一些线索。”
仔细研读这几百份基因图谱,就能排出一幅较为完整的“水稻家谱”:在栽培水稻的诸多野生“亲戚”中,它与广西珠江流域的野生稻种最为相近。
论文第一作者、植生生态所黄学辉解释,水稻驯化可能发生在八千多年前,当时人类活动范围还十分局限,野生水稻的居群也存在地方适应性,不会发生大规模“迁移”。根据栽培稻和各地野生稻的基因比较,我们大致可以推断,人类祖先究竟使用了何地的稻种进行驯化,而那个区域也极可能就是人类驯化水稻的发源地。
细读这份“水稻家谱”,科学家还发现,水稻中的两大分支——粳稻和籼稻,并非同时驯化出现的。黄学辉介绍,栽培稻与野生稻在落粒性、壳色、株型等方面,都有很大差异,因此可以通过基因分析,推断出栽培水稻的扩散路径:人类祖先首先在广西的珠江流域,利用当地的野生稻种,经过漫长的人工选择,驯化出了粳稻。粳稻随后往北逐渐扩散到韩国、日本,往南扩散中的一支,进入了东南亚,在当地与野生稻种杂交,经历了第二次驯化,产生了籼稻。
“有历史记载,宋朝时籼稻被从越南等地引入中国,当时称‘占城稻’。”他说,但基因比较发现,籼稻继承了粳稻中很多驯化位点中的等位基因,保持了栽培稻的本性,而在基因组其余区段保留的则是东南亚野生稻的等位基因,这说明,宋朝引入的籼稻当属于“归国华侨”。
《自然》杂志评论说,这项研究对阐明早期栽培稻的驯化过程和受选择的基因,对充分利用野生水稻资源的遗传多样性为现代水稻遗传育种改良服务有重要的意义。
近日来自中科院上海生命科学研究院、日本国立遗传学研究所和中国农业科学院的研究人员通过绘制水稻基因组变异图谱揭示栽培稻(cultivated?rice)的起源,相关论文“A?map?of?rice?genome?variation?reveals?the?origin?of?cultivated?rice”发表在10月3日的《自然》(Nature)杂志上。
领导这一研究的是中科院上海生命科学研究院水稻基因组研究项目专家组组长和国家基因研究中心主任韩斌。
栽培稻是在全球广泛种植,作为人类营养源最重要的谷物之一,被认为是数千年前由普通野生稻(Oryza?rufipogon)驯化而成。普通栽培稻(O.?sativa)和普通野生稻之间在广泛的形态学和生理性状上显示出差异。尽管水稻是一种重要的谷类和植物生物学模型系统,对于栽培稻的进化起源和驯化过程长期以来受到争论。关于水稻驯化的谜题包括栽培稻的地理起源、作为直接野生祖先的普通野生稻种类,以及栽培稻的两个亚种籼稻(indica)和粳稻(japonica)是来自一个或是多个驯化。
多年来科学家们展开了广泛的遗传和考古研究调查水稻的种系发生关系,研究了水稻驯化的人口统计历史。分子系统进化分析表明籼稻和粳稻独立起源。然而水稻中确定特征的驯化基因被发现固定在具有相同等位基因的两个亚种中,表明支持单一的驯化起源。近期,一项来自630个基因片段的单核苷酸多态(SNPs)人口统计分析表明了水稻的单一驯化起源。另一方面,栽培稻和野生稻的全基因组数据群体遗传学分析往往表明籼稻和粳稻的基因组似乎普遍是独立起源的,但许多具有驯化等位基因的基因组片段却或许只起源一次。尽管取得了这些研究进展,仍需要更广泛的抽样以及种群范围全基因组测序进一步阐明水稻驯化的进化历史。对驯化位点附近单体型结构的深入研究将对评估基因渗入的方向起至关重要的作用。
在这篇文章中,研究人员获得了来自446个地理上不同的普通野生稻和1,083个栽培籼稻和粳稻品种的基因组序列,构建出了一个全面的水稻基因组变异图谱。在搜索选择标记的过程中,研究人员确定了55个在驯化过程中发生的选择性清除(selective?sweep)。对于驯化清除和全基因组模式的深入分析揭示粳稻是大约在华南的珠江中部地区首先从普通野生稻的一个特殊物种驯化而成,籼稻是随后由粳稻与当地野生稻杂交形成,作为最初的栽培种传播到东南亚和南亚。这些驯化相关的性状通过高分辨率遗传图谱获得了分析。
新研究为水稻育种提供了一个重要的资源,并为作物驯化研究提供了有效的基因组学方法。
又讯:
最近,中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌课题组与中国水稻研究所及日本国立遗传所等单位合作,于10月4日在《自然》杂志在线发表了题为“水稻全基因组遗传变异图谱的构建及驯化起源”的论文。
水稻、小麦等农作物的驯化、栽培对人类文明的进程产生过重大的影响,也一直被公认为是人类历史上最伟大的发明之一。栽培作物的起源研究十分复杂,涉及植物学、遗传学、生物地理学、考古学和人口学等不同的自然和社会学科。作为一种极其重要的粮食作物,关于水稻起源、驯化过程的研究及驯化基因的鉴定分析一直是学术界的研究热点。根据已有的证据,目前普遍认为亚洲栽培稻是由亚洲的野生稻人工驯化而来,广泛分布于中国、东南亚及南亚的普通野生稻是亚洲栽培稻的野生祖先种。但是,亚洲栽培稻最早起源于哪里(中国、东南亚、南亚或是其他地区)?人类最先开始驯化的是同一类野生稻然后逐渐演化出粳稻和籼稻两个亚种呢,还是野生稻中本来就存在着两类水稻然后被分别驯化成粳稻和籼稻呢?基因组上有哪些位点受到了选择从而改变了野生稻的特性形成了适应人类生产作业的栽培稻?
之前的研究对栽培稻及其近缘野生稻进行系统发育关系分析,发现从全基因组水平分析,栽培稻的两个亚种粳稻和籼稻在普通野生稻中有着各自的祖先,因此提出了亚洲栽培稻的多起源学说。近几年,科学家们通过图位克隆的方法鉴定到了多个重要的水稻驯化基因,如控制落粒性的sh4基因(从野生稻的极易落粒到栽培稻的不易落粒)和控制株型的PROG1基因(从野生稻的匍匐生长到栽培稻的直立生长)。这些基因在粳稻和籼稻中基本上都呈现单起源的特点,与多起源学说相矛盾。
对于这些难题,学术界开展了大量的研究,获得了不少的证据或线索。植生生态所韩斌课题组先前构建了栽培稻单倍体型图谱。在此基础上,他们又从全球不同生态区域中,选取了400多份普通野生水稻进行基因组重测序和序列变异鉴定,与先前的栽培稻基因组数据一起,构建出一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱。通过这张精细图谱,他们发现水稻驯化从中国南方地区的普通野生稻开始,经过漫长的人工选择形成了粳稻;对驯化位点的鉴定和进一步分析发现,分布于中国广西的普通野生稻与栽培稻的亲缘关系最近,表明广西很可能是最初的驯化地点。
他们同时还发现,水稻中的两大分支——粳稻和籼稻并非同时驯化出现。通过群体遗传学分析,可以大致推断出栽培水稻的扩散路径:人类祖先首先在广西的珠江流域,利用当地的野生稻种,经过漫长的人工选择,驯化出了粳稻,随后往北逐渐扩散。而往南扩散中的一支,进入了东南亚,在当地与野生稻种杂交,再经历不断的选择,产生了籼稻。
这项工作还系统鉴定了水稻基因组中的驯化位点,并同时对十五个驯化性状进行了高分辨率的连锁定位。他们发现,与之前控制落粒性、株型的位点相比,那些控制柱头外露(从野生稻的异交到栽培稻的自交)、粒重等性状的位点在驯化中表现出更强的受选择信号。此外,这项工作还对一个常用的野生稻株系进行了全基因组组装,并通过基因组注释及比较分析,鉴定到候选的驯化基因及相关的突变位点,这些信息为将来驯化基因的定位克隆和功能研究提供了重要线索。
在这项工作中,中国水稻研究所及日本国立遗传所等单位提供了大量的栽培稻种质资源和野生稻材料,并参加到该项研究中。该研究对水稻遗传多样性的分析、驯化起源的探索及驯化位点的鉴定,将便于高效地利用水稻野生资源中丰富的遗传资源,有助于水稻的育种改良。同时,该研究也再一次证明了中国是世界文明的发源地之一,展示了中国古代农业文明的辉煌。
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