MP | 中国科学家发布T2T完整无缺口的水稻日本晴参考基因组

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者Lianguang Shang

2005年，国际水稻基因组测序计划(International rice genome Sequencing Project, 2005)发布了全球首个水稻基因组草图（Nipponbare/日本晴），使具有数千年历史的水稻相关研究正式跨入基因组学时代。此后，日本晴参考基因组在2013年进一步更新，大幅改善了基因组组装结果(IRGSP-1.0)和基因注释(MSU7, RAP-DB)，成为水稻的标准参考基因组一直沿用至今，受到学界广泛认可。十年来，日本晴参考基因组已成为水稻功能基因组学领域最重要的遗传资源之一，为水稻基因组研究和分子遗传改良作出了重要贡献。

目前，IRGSP-1.0及其注释仍然是公认使用最广泛的水稻参考基因组。然而，由于当时测序技术的限制，IRGSP-1.0对复杂结构区域的组装存在不足，在基因组中一共遗留了72个较大的缺口(包括19个端粒)，167个微小的缺口和779个未知碱基，估计占整个基因组总长的3%左右。近年来，随着基因组测序和组装技术的发展，多个水稻品种陆续实现了基因组中绝大多数染色体的T2T完整无缺口组装，仅剩2-5个端粒缺失。迄今为止，除已发表的玉米Mo17基因组以外，还没有一个复杂动植物基因组 (基因组比较大，包含几百或几千个以上rDNA 拷贝) 实现全基因组所有染色体的完整无缺口组装。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.08.003

2023年8月10日，中国农科院深圳农业基因组研究所联合崖州湾国家实验室、中国水稻研究所、中国农科院作物科学研究所和扬州大学等多个单位在国际著名期刊Molecular Plant上在线发表了题为“A complete assembly of the rice Nipponbare reference genome”的研究论文。发表了水稻日本晴参考基因组所有染色体端粒到端粒的完整无缺口组装结果，也是在水稻中第一个实现真正意义上的全基因组完整无缺口组装。该成果是水稻基因组学研究的重大突破，为水稻研究领域提供了新的有力工具和重要理论基础，是水稻基因组组装和基因组学研究的一个重要里程碑。

日本晴完整基因组组装AGIS-1.0及其新增序列组成

该研究以水稻日本晴为材料，利用约～220X 的超长ONT和～80X 的 Pacbio HiFi 测序数据，结合Hi-C和Illumina测序数据进行辅助调整和矫正，完成了日本晴参考基因组的完整组装（T2T-NIP/AGIS-1.0），其中AGIS-1.0为Agricultural Genomics Institute at Shenzhen简写，以中国的研究所命名的基因组版本。其大小为 385.7 Mb，每条染色体的端粒到端粒均由一条完整连续的序列组成，碱基精确度高达99.9999%以上。最新的组装新增了12.5Mb的基因组序列，主要解锁了水稻基因组中结构最为复杂的rDNA序列、着丝粒区域、复杂TE序列和端粒区域等。得益于基因组完整性的提升，AGIS-1.0修正了多个由于缺口导致的基因结构错误，并在过去高质量注释的基础上增加了 1,324 个蛋白编码基因，其中非rDNA区域314个基因。

以AGIS-1.0为参考基因组的重测序数据比对

为进一步评估AGIS-1.0的应用潜力，该研究利用水稻多个群体的基因组重测序和ONT数据分别以AGIS-1.0和IRGSP-1.0为参考基因组开展群体变异分析。结果表明，与IRGSP-1.0相比，以AGIS-1.0为参考基因组的reads使用率和比对准确率均有明显提升，尤其是在重复序列导致的多拷贝基因区域的比对质量显著改善，大幅降低了假阳性比对。基于与AGIS-1.0的高质量比对，检测获得的SNV和SV数量与IRGSP-1.0相比均有微小的下降，其中杂合变异位点数量均表现减少但纯合变异位点数量表现一致增加，表明这些数量变化来源于AGIS-1.0中重复序列比对结果的改善，进一步支持了新参考基因组的群体变异分析更加准确，假阳性变异明显减少。在此基础上，进一步开展了GWAS分析，也取得了良好的预期结果。该研究建立了在线数据库（http://www.ricesuperpir.com/web/nip）以提供AGIS-1.0的基因组浏览器及其基因组注释的友好访问服务。

中国农科院深圳农业基因组研究所商连光研究员、贺文闯助理研究员、硕士研究生王天依、博士后杨映雪、生信工程师许强、硕士研究生赵贤嘉为该论文共同第一作者，钱前院士、商连光研究员和潘玮华研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金基础科学中心、广东省自然科学杰出青年基金、中国农科院青年创新专项和海南省院士创新平台科研项目资金资助。

通讯作者简介：

钱前，中国科学院院士， 博士，研究员。长期从事作物种质遗传资源学研究。在水稻遗传种质资源发掘创新、重要农艺性状解析及分子育种等领域开展了系统深入的研究。先后获国家自然科学一等奖、二等奖、国家科技进步二等奖及省部级科技奖励14项；发表SCI论文321篇，获发明专利44项，主持育成品种10个（6个国审）并在生产上推广应用。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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