籼粳各有缘：泛基因组研究彻底让两大米亚种分家

“籼（xiān）米”和“粳(gěng)米”，我们都熟悉的两种日常大米。籼米外形修长，多产于长江以南，如中国香米、猫牙米等；而粳米短而宽，多产于长江以北，典型代表是东北大米、珍珠米等。在以农立国的中国，先秦时期即以稻为饭食，籼粳两种米更是从汉代以来就为人熟知，并在两千多年当中撑起了中华民族的“米袋子”。

左为籼米，右为粳米

而在专业的水稻研究领域，籼稻和粳稻的关系却在近九十年间争论不休，尤其是对于籼稻和粳稻在种植地理分布，起源和亲缘关系上说法不一。主要焦点源自1928年，日本学者加藤茂范根据稻种的形态、杂种结实率及血清反应，将“籼”、“粳”栽培稻种分别定名为印度型亚种和日本型亚种并沿用至今。

然而这种分类法既忽视了中国2000多年前已有的分类和定名，也没有反映两者的亲缘关系、地理分布和起源演化过程, 反而容易形成两种水稻分别起源于印度与日本的误导。为此，我国老一辈著名水稻专家丁颖先生把籼稻定名为籼亚种（Oryza sativa L. subsp. Hsien Ting），粳稻定名为粳亚种（O. sativa L. subsp. Keng Ting）。尽管只是一字之差，但其科学内涵却截然不同。这种争议在国内外一直存在，让事实变得更为扑朔迷离。如有的苏联学者称粳稻为中国日本型，国际水稻研究所品种资源学家张德慈（T.T. Chang， 亚洲水稻绿色革命的领军者）则称“日本型”亚种为中国型亚种（Sinica）。

直到2018年夏初，当籼粳两个汉字出现在国际顶级科学杂志《自然》上时，至少从生物科学理论领域，相关争议第一次有了标准答案，代表着全球农作物领域的专业研究者有了科学上的共识。

研究表明：籼和粳应属于两个不同的亚种。由此籼亚种和粳亚种的命名与起源也得以确认，这让科学家能够更容易地找到它们的原始栽培类型和野生近缘种，并利用这些遗传资源来改良水稻，提高产量和品质。

不只是籼粳：亚洲稻种20,000基因家族全厘清

籼和粳属于两个亚种的研究结果，无疑打破了过往历史错误命名造成的地缘认知与争议，也从侧面印证了2011年，斯坦福大学、纽约大学、圣路易丝华盛顿大学和普渡大学的联合研究成果证明的观点：野生稻米在12000年前开始种植，而驯化发生在10000年前的中国长江流域。而这次《自然》杂志上的籼粳正名，背后则是“3000份亚洲栽培稻基因组研究”项目的阶段性总结。

该项研究由中国农业科学院作物科学研究所黎志康教授牵头，联合华大基因、国际水稻研究所、上海交通大学、深圳农业基因组研究所、安徽农业大学、美国亚利桑那大学等16家单位共同完成。项目组对全球89个国家和地区的3010份水稻种质，包涵了全球78万份水稻种质约95%多样性的核心种质范畴，进行了多样性解析与优异基因的高效挖掘。

基于大量稻种重要进化相关基因的单倍型和泛基因组分析，证明了籼稻携带的很多基因不存在于粳稻中，粳稻的很多基因也不存在于籼稻中。由此，研究者们首次提出了籼、粳亚种的独立多起源假说， 并恢复使用籼（Oryza sativa subsp. Xian）、粳（Oryza sativa subsp. Geng）亚种的正确命名。

这个研究成果只是亚洲栽培稻群体的结构和分化研究工作中的一小部分——以中国科学家为主的团队不仅揭示了亚洲栽培稻种质间存在的大量微细结构变异， 更确定了全球首个近于完整的、高质量的农作物——亚洲栽培稻的泛基因组，包括12770个（62.1%）比较古老的核心基因家族和9050个（37.9%）分散式基因家族。这将为水稻全基因组分子设计育种提供足够的基因来源和育种亲本精确选择的遗传信息，为培育高产、优质、多抗水稻新品种奠定坚实的基础。

为30年后人类粮食安全提供保障

作为全世界最重要的粮食作物之一，预计到2050年，全球稻米产量必须增加1倍方可满足人口增加的需求。 此外，我们也需要更多高产、优质、多抗的水稻新品种来抵御未来全球气候变化。 集合全球之力去进行水稻基因组研究正源于这种预见与责任。

在以往，水稻新品种选育通常采用传统的田间筛选方式，需要先进行一批次的种植，进行结果收集比较，然后再种几个世代进行进一步的观察筛选；而全基因组分子育种则是在不改变这种筛选逻辑的情况下，通过水稻性状相关功能基因组信息大数据的精准设计，从外在的观察、比较，一步跨越到内在的“让基因说话”，根据需要控制好育种方向与结果，大大减少了田间工作量与育种筛选时间，最终极大地提升了效率。

现在，3010份精细“归类”的水稻种质已植根40家国内科研单位、高校和育种单位，正从更高产、抗病虫、抗逆等维度全面助力水稻全基因组分子育种，不仅为国家， 而且为全球粮食安全提供重要的理论与实践支持。此项研究全面展现了中国农业科学在重要作物基因组研究方面的世界领先优势。

基因力量扛起中国与世界的“米袋子”

对中国基因行业而言，像3000份亚洲栽培稻基因组研究这种国际间的科研大协作项目已是常事。如在2017年，华大就与法国研究与发展研究所（IRD）、美国乔治亚大学、德国植物遗传和作物研究所等34家单位一同“组队”，成功完成了珍珠粟全基因组测序及近千个品种的重测序研究。 该工作将极大加速非洲和亚洲区域的珍珠粟高产新品种选育。

在中国，水稻是重要的粮食来源，更是基因科学的关键阵地。早在2002年华大就与10家研究机构一同测出了籼稻亚种的基因组序列，这也是当时继人类基因组之后完成测序的最大的基因组。

2011年，华大又针对栽培稻和野生稻基因组进行了大规模的遗传变异分析，为深入挖掘水稻重要农艺性状基因及促进水稻分子育种改良等研究提供了宝贵的数据，让“米袋子”的经纬变得更加紧密。

这种积累，是华大能在3000份亚洲栽培稻基因组研究项目中， 与农科院、国际水稻研究所作为共同发起者的基础，而这些重要农作物基因组研究工作的大规模开展，也让华大的基因组学技术在农业新品种培育领域发挥更大威力。

现在，华大已建立了高通量基因功能鉴定平台和分子育种技术服务平台。华大可针对重要农作物基因组进行研究分析，绘制基因组图谱、构建遗传图谱，挖掘重要基因，并在此基础上保存国内外重要农作物核心种质资源，建立基因型、表型数据库，形成以大规模基因挖掘、高通量基因功能鉴定、全基因组指导的分子育种技术为主的农作物育种核心技术体系。从基因组研究到分子育种产业化，华大产学研结合的发展模式正不断实现。