贾湖古稻分子生物学研究

关于栽培稻的起源，目前大多是通过考古发现的资料进行形态学分析，或比较现代水稻的分子遗传学特性来追溯过去。古稻DNA的提取、分析及防污染技术是当前国内外分子生物学研究领域中的难点与热点。运用分子生物学手段研究古稻的成果，迄今为止国际上报道极少，国内尚属空白。近年来，美德日等国研究人员都在关注并插手我国这个世界上绝无仅有的古稻资源宝库。这一严峻的事实充分显示了古稻DNA研究的重要性与紧迫性。淮河上游的舞阳贾湖遗址出土有八、九千年前丰富的稻作农业遗存，本课题将在建立全新、快速、非克隆方式的古稻DNA提纯、分析、检测技术平台的基础上，对贾湖古稻DNA进行系统的提取与分析，比较不同年代古稻遗传结构的异同，并与不同地域现生野生稻及栽培稻的遗传结构进行对比，构建其时空变化树系图。为进一步了解古稻DNA与现代野生稻和栽培稻的遗传差异，探讨中国栽培稻原始类型及进化谱系,揭示其起源与演化的遗传学机理做贡献。

本研究直接描准了目前利用现代生物的遗传信息来进行对比推论古代生物的分子结构和进化历史中存在问题，提出了用古稻材料本身来直接探明和复原稻种的进化关系和演化历史的确实可行的解决方案。首先通过建立古水稻DNA提取和分析方法入手，在分析和比较现代野生稻和栽培稻基因组基础上寻找并确定适合于古稻分析的基因位点和组合，用于比较和了解不同历史时期、不同地域的古水稻与现代野生稻及栽培稻的遗传结构的异同，为进一步探讨中国栽培稻的原始类型及其进化谱系提供新途径及重要依据。本研究在古水稻DNA的提取与分析技术上取得了新的突破，成功的建立了可靠、可重复的、适合于不同地区、不同年代古样本的DNA提取方法和研究的技术路线。发现了可有效用于古代及现代稻进化和亲缘关系的研究的多态聚集区的单倍型，并初步建立用于古水稻和现代稻遗传多态分析的遗传标记组群。收集了东亚地区不同历史时期的古稻样本，并对其与贾湖古稻样本进行了形态学比较分析，揭示了不同年代不同遗址的古稻样本在形态学上的显著差异。对这些古水稻的DNA序列分析结果也提示不同历史时期东亚地区的古水稻具有非常高的遗传多样性，并同时具有籼稻和粳稻等多个亚种存在的可能性，为东亚地区稻种起源提供了新的研究视野。此外，考虑到课题的长远发展，在本课题进行过程中，还开发出一种针对高降解的古DNA的高通量深度测序新方法，将现有高通量测序的特异性扩增率显著提高了三倍以上，能够有效解决古DNA检测中普遍存在的特异性扩增困难，为稻种起源的下一步分子进化研究奠定了良好的方法学基础。