水稻基因研究里程碑

第7版(国际)
专栏：科技大观

　　水稻基因研究里程碑
本报驻美国记者 王如君
最新一期美国《科学》杂志，一幅如诗如画的中国梯田照片占据着整个封面，照片左下一方框内，一簇稻穗点缀着“水稻基因”两个醒目的英文词。这一精心的设计，为的是凸显该杂志本期的长篇科学专论——《水稻（籼稻）基因组的工作框架序列图》。这是由中国北京、杭州华大基因研究中心暨中国科学院基因组信息学中心、中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国杂交水稻研发中心以及美国华盛顿大学等12个单位合作完成的杰出成果。《科学》杂志社论评价说，水稻基因组框架图的论文是该领域“最重要意义的里程碑性工作”，“永远改变了我们对植物学的研究”，对“新世纪人类的健康与生存具有全球性的影响”。
《科学》杂志以长达14页的篇幅介绍了中国专家研究成果的主要内容。该杂志说，中国华大基因研究中心、华盛顿大学基因组中心的于军和11个中国研究机构的同事们测出了籼稻亚种的基因组序列，该品种是中国和亚太地区其他国家的一个主要品种。籼稻与另一个品种杂交能得到一个超杂交品种，其单产量比其他水稻品种高20％到30％。
据专家介绍，水稻（籼稻）基因工作框架图是继人类基因组之后完成测定的最大的基因组，也是迄今测定的最大植物基因组。论文报道的工作框架图序列已基本覆盖了水稻的整个基因组、92％以上的水稻基因。包括中国华大基因研究中心在内的各国科学家正在努力进行水稻基因组序列“完成图”的工作，还将补充一些细节。人类第一次对水稻已经有了全基因组层次的了解，水稻基因组的总体特点已经清晰。
除了技术上的创新之外，《水稻（籼稻）基因组的工作框架序列图》与人类、拟南芥等已经测定的基因组序列进行比较，主要有8大发现：1.水稻基因数目多。估计水稻基因组中基因总数在46022至55615之间，并基本确定了其中1万多个基因的功能，其基因总数大大高于人类基因组基因总数；2.“基因家族”成员多；3.基因头尾差别大。大部分水稻基因头部与尾部组成不一样，这种差异增加了基因发现的难度；4.“垃圾”多在基因外。水稻、拟南芥与人类基因组都有很多不编码蛋白质的“垃圾”序列。水稻的这些“垃圾”序列多位于基因之外，而人类却在基因之内。正因为如此，水稻基因的平均长度只有4500个碱基，而人类基因的平均长度为7.2万个碱基。可是这些“垃圾”里面肯定有“宝贝”，“杂交优势”的奥秘很可能与这些“宝贝”有关；5.禾本植物基因差别大。同属禾本科的水稻、小麦、高粱、玉米等是单子叶植物，拟南芥、大豆等是双子叶植物。拟南芥已发现有2.5万个基因，80％左右的基因在水稻基因组中都可找到。而水稻基因组中只有不到一半的基因在拟南芥基因组中能找到，找不到的基因中有相当一部分是新的基因；6.籼稻与粳稻不一样。1／6的籼稻与粳稻的基因组不一样。而不一样的区域主要为多个备份的“移动因子”的不同；7.水稻序列变异多。水稻相互之间的差异近1％，而人类序列的相互差异为千分之一左右。这些序列差异为育种提供了非常重要的分子标记；8.“杂交优势”露端倪。籼稻与杂交水稻母本的序列给杂交水稻的机制提供了新的启示：“杂交优势”很可能与基因组大小、组分、基因表达等都有关系。
本期《科学》杂志还刊载了瑞士塞吉恩塔公司科学家斯蒂夫·格夫领导的工作组的研究成果，其对象是较干燥地区常见的粳稻亚种。他们认为，其研究成果也许会带来维生素含量更高的水稻。水稻的基因信息也许还能为研究更顽强的、抗虫害的作物打下基础。
《科学》杂志是美国最具权威的学术刊物，在国际上颇负盛名，属全学科的科学组织美国科学促进会管辖。记者为这期报道专题，专门采访了该杂志总编唐纳德·肯尼迪。他说，全球半数以上人口以大米为主食，绘制水稻遗传密码，将加速改进作物的营养、产量和农业的可持续发展，以满足世界不断增长的需求。“水稻是世界上最重要的作物，水稻基因也是了解其他谷类作物基因的关键。于军先生领导的中国工作组完成了了不起的工作，他们的成果显然是一个巨大的突破”。
《水稻（籼稻）基因组的工作框架序列图》的面世引起了世界各国基因研究专家的关注，好评如潮。美国麻省理工学院怀特赫德研究所基因组研究中心主任E·兰德表示，“这么大的一个基因组的组装成功是技术上的重要进展。它将引起全世界基因组学研究小组的浓厚兴趣”。韩国植物基因组国家实验室主任安镇和说，“我们几年里建立的复杂序列几乎在你们的序列中都能找到，这使我们的工作提前了近3年！”丹麦皇家农业与畜牧大学教授M·福拉德汉姆称赞道，“我对中国基因组计划所做的成就印象非常深刻”，“他们加入国际人类基因组计划很晚，但是已经做出了突出的贡献”，“最近的进展表明他们还在迅速发展。毫无疑问，他们将来能在科学领域发挥更重要的作用”。（本报华盛顿4月4日电）