1、家养动植物基因组进化的特征和机制提名奖种：自然科学奖二等奖提名者：云南省提名意见：家养动植物是人类社会赖以生存和发展的重要基础，是人工选择的结果，然而人们对家养条件下动植物快速变异的遗传机制仍知之甚少。该项目在国家973 项目及云南省科技厅相关科技计划的资助下，以家养的水稻、家蚕、山羊及绵羊等动植物为对象，在家养动植物基因组进化的特征和机制研究中取得重要研究成果：从基因组变异角度揭示了水稻驯化特征及独立起源事件；首次发现旱稻陆生适应性的遗传机制；提供了当时最为全面的水稻基因组多态性数据及基因资源；创新性的建立了研究人工选择机制的理论技术方法，包括多样性降低（ROD ）和优良品种标签位点（ETA
2、S）分析方法；首次从全基因组单碱基水平，刻画了水稻、家蚕的表观遗传组学特征，并发掘出在驯化过程可能受人工选择的基因位点；家蚕甲基化组研究澄清了长期以来对昆虫 DNA 甲基化的模糊认识，开创了昆虫表观遗传组学研究的先河；通过山羊和绵羊参考基因组破译及比较基因组学分析，揭示了反刍类家养动物瘤胃及羊毛、羊脂产生的分子机制；首次利用了光学图谱组装方法而不依赖于遗传图谱将大型基因组山羊基因组组装到染色体水平；该项目研究成果分别发表在 Nat Biotechnol （3 篇）、Science （1 篇）、Nat Commu （1 篇）等学术期刊，平均影响因子 25.214，合计引用 903 次，其中他引次
3、数 843 次，最高单篇他引次数高达 289 次。成果发表后产生了广泛国际影响。同意提名该项目为国家自然科学奖二等奖。项目简介：家养动植物是人类社会赖以存在和发展的重要基础，是一万多年来不断人工选择的结果。尽管早在 1859 年达尔文的旷世巨著物种起源及 1868 年的2巨著动植物在家养条件下的变异详细论述了物种在强烈人工选择下能快速产生大量的形态和生理变异，然而在这之后的 150 年至今，人类对家养动植物进化的遗传和基因组变异基础的了解甚至比对自然物种还少。在 “973 前沿科学项目”及“ 云南省科技计划项目 ”支持下，该项目的研究团队对家养动植物的基因组进化特征和机制进行了研究。截止 20
4、14 年底，该项目在水稻、家蚕、山羊和绵羊的基因组进化方面取得了如下重要科学发现：1. 该项目以水稻及其野生近缘种为对象，首先构建了当时最为全面的栽培稻- 野生稻基因组多态性图谱，发现栽培品种的多态性显著地低于野生品种，且基本包含在野生品种中，说明人工选择更多的是对已有的多态性进行选择，而新突变概率较低。两种栽培稻进化格局差异显著，独立地起源于两种野生稻，其中粳稻更有可能近期起源于中国长江流域。第二，首次在优良陆稻品种中发掘出促进侧根发育的陆生适应性基因脱落酸代谢途径中限速酶基因 Nced，为陆稻适应性机制提供重要遗传依据。第三，技术方法上，本项目开创性的开发出选择信号筛选方法（ROD）及优良
5、品种标签位点分析（ETAS），为研究家养动植物基因组进化提供了重要方法论依据。第四，首次从单碱基表观遗传组学水平对水稻表观组特征系统刻画，发现转录终止位点甲基化水平对基因表达的调控。第五，发现一些独立于序列差异的甲基化变异，与栽培稻-野生稻基因表达差异相关，进而从全基因组水平表明人工选择可能作用于表观遗传学位点，为后续的植物表观组学研究奠定了重要基础，为水稻重要农艺性状相关遗传机制的探索提供崭新思路和素材。上述研究成果发表在 Nat Bioltechnol、Nat Commun、BMC Plant Biol、BMC Genomics 等学术期刊。2. 该项目以家蚕为昆虫类家养动物为对象，从表观
6、遗传学视角探索人工选择机制，首先构建了第一张昆虫的表观遗传组-丝腺 DNA 甲基化组，发现昆虫DNA 甲基化格局与植物及哺乳类不同，水平很低，然而基因内部甲基化与表达呈显著正相关，证明了其功能重要性。第二，开展了家蚕-野蚕甲基化组比较，鉴定出人工选择信号区域内唯一的表观遗传学差异位点，与表达差异相关。第三，从昆虫类家养动物模型中，提出人工选择可能作用于表观遗传学位点并在驯化过程中调控基因表达。该研究开创了昆虫表观遗传组学研究的先河。3上述研究成果发表在 Nat Bioltechnol、BMC Genomics 等学术期刊。3. 该项目以山羊、绵羊反刍类及哺乳类家养动物为对象，通过参考基因组结合
7、转录组解析，首先在山羊中鉴定出与免疫、取食及乳汁分泌等相关的快速进化及扩张基因。第二，通过微量转录组分析鉴定了 50 多个与山羊绒形成密切相关的基因。第三，在绵羊中发掘出反刍类家养动物瘤胃，羊特有羊绒、羊脂形成的基因机制。第四，在技术上，山羊基因组的解析采用当时最新的 DNA单分子光学作图（Optical Mapping）技术，成为首个不依赖于遗传图谱而组装到染色体水平的大型基因组。山羊和绵羊的基因组的破译，不仅解析这两种小型反刍家养动物的一些生物学特性谜题，也为研究山羊绵羊在人工选择下进化的遗传机制，推动山羊、绵羊经济形状基因的奠定和高效育种奠定了重要基础。上述研究成果表在 Nat Biot
8、echnol、Science 等学术期刊。客观评价：本项目取得了一系列重大研究成果，共发表代表性研究论文 8 篇，其中在Nat Biotechnol 发表 3 篇， Science 发表 1 篇，Nat commu 发表 1 篇。论文合计引用次数达 903 次，其中他引次数 843 次，最高单篇他引次数高达 289 次。成果发表后产生了广泛国际影响。水稻驯化机制研究成果单篇引用次数高达 289 次。被 Nat Biotechol、Nat Genetics、Nat Commun 、 PNAS 等重要期刊论文，并被 Trends 系列、Frontiers系列等综述论文多次引用。该研究开发出的多样性
9、降低（ROD）方法，在后续一系列研究人工选择下基因变异机制的研究论文，如 Science、Nat Genetics 等等论文多次引用，成为重要的方法范例之一。该成果发表后，被 Nature 旗下重要学术网站 Nature China 作为研究亮点进行了题为 “Rice genetics: Quality genes” 的特别报道，报道指出，“这项研究提供了有史以来规模最大的水稻变异目录和一个非常有用的农业工具。这一发现可能有助于水稻遗传多样性的保护，有助于提高水稻这一世界上最重要粮食作物的产量和品质。” 水稻甲基化组研究论文他引次数达 81 次，其中包括 Trents in Plant Bio
10、l、Annu Rev Genet 等期刊综述论文及包括 PNAS、MBE 、Ecology Letters 等高水平研究论文数篇。4家蚕甲基化组论文发表后，Nature Asia-Pacific 网站将该文作为研究亮点进行了题为“Threading together a map of silkworm DNA modifications”的亮点报道。Nature China 网站对该文发表题为“Epigenetics, few and far between”评论文章，指出由于昆虫 DNA 甲基化水平相对很低，刻画甲基化谱有一定的挑战性。该研究的完成，为从表观遗传学角度了解昆虫的进化提供了可能
11、，研究结果为探讨表观遗传学对家蚕驯化的影响提供了宝贵的数据” 。 该论文发表至今已被至少三本英文专著引用。被 Nature Rev Genet 等期刊综述论文及Cell、PNAS、Curr Biol 等重要期刊研究论文引用。发表在 Ann Rev Entomol 题为“Advances in Silkworm Studies Accelerated by the Genome Sequencing of Bombyx mori”的综述中，将该项目的研究作为一个独立的进展进行综述，指出该成果应该开启家蚕表观遗传学研究。发表在 Trends in Genetics “Insects as inno
12、vative models for functional studies of DNA methylation”着重讨论了该项目的研究工作，认为家蚕与赤拟谷盗甲基化格局的差异是非常“intriguing”的发现。山羊基因组论文发表后，国际知名学术网站 Science Daily 进行了报道，认为该项工作为小型反刍类动物研究提供了第一个参考基因组，将有助于揭示反刍类与非反刍类动物基因组特点的差异，同时该项工作也为未来复杂基因组的从头组装提供了一个非常有参考价值的一个成功范例。光学图谱方法在后续一系列 Nat Biotechol、Nat Genet 等重要期刊论文广泛引用。绵羊的参考基因组解析工作
13、发表后，著名期刊 Science、Nat Biotechnol 均撰文进行了高度评价，认为该项工作“提供了家畜生产相关的重要资源”（Science），“本研究最突出的亮点，正是控制瘤胃和皮肤发育的基因，揭示了这两个重要的生物学过程”（Nat Bioltech）。Nat Genet 撰文推此项工作进行了系统描述。国内期刊中国科学也对该工作进行了亮点报道。山羊和绵羊基因组的解析，标志着以中科院昆明动物所谓代表的中国研究团队在国际羊基因组学研究领域中的领衔地位。5代表性论文目录：序号论文专著名称/刊名/年，卷期，页通讯作者 第一作者1Resequencing 50 accessions of cul
14、tivated and wild rice yields markers for identifying agronomically important genes/ Nature Biotechnology/2012, 30:105Rasmus Nielsen, Jun Wang & Wen WangXun Xu, Xin Liu, Song Ge, Jeffrey D Jensen, Fengyi Hu, Xin Li & Yang Dong2Analysis of elite variety tag SNPs reveals an important allele in upland r
15、ice/Nature Communications/2013, 4:2138Fengyi Hu & Wen WangJun Lyu, Shilai Zhang, Yang Dong32014. A genomic perspective on the important genetic mechanisms of upland adaptation of rice/BMC Plant Biology/2014,14:160 Wen Wang, Jun Lyu, Fengyi Hu. Jun Lyu 4Single-base resolution maps of cultivated and w
16、ild rice methylomes and regulatory roles of DNA methylation in plant gene expression./BMC Genomics/2012,13:300Wen Wang, Jun Wang and Xianfang XieLi X, Zhu J, Hu F, Ge S, Ye M5Single base-resolution methylome of the silkworm reveals a sparse epigenomic map/ Nature Biotechnology/2010,28:516Qingyou Xia
17、, Wen Wang & Jun WangHui Xiang, Jingde Zhu, Quan Chen, Fangyin Dai, Xin Li6Comparative methylomics between domesticated and wild silkworms implies possible epigenetic influences on silkworm domestication/BMC Genomics/2013,14:646 Jun Wang, and Wen WangHui Xiang, Xin Li, Fangyin Dai, Xun Xu, Anjiang T
18、an7Sequencing and automated whole-genome optical mapping of the genome of a domestic goat (Capra hircus)/ Nature Biotechnology/2013, 31: 135Wen Wang, Jun Wang, Shuhong Zhao, Xun XuYang Dong, Min Xie, Yu Jiang, Nianqing Xiao, Xiaoyong Du,Wenguang Zhang8The sheep genome illuminates biology of the rume
19、n and lipid metabolism/Science/2014.344: 1168Brian P.Dalrymple,Wen Wang, Xun Xu, Alan L.Archibald,Kim C.Worley,Noelle CockettYu Jiang, Min Xie, Wenbin Chen6主要完成人情况：王文，第一完成人，研究员，工作单位：西北工业大学，完成单位：中国科学院昆明动物研究所。本项目总体设计和组织者，全面负责组织实施水稻进化基因组学及优良基因发掘，家蚕及水稻表观遗传组学研究，山羊绵羊基因组解析研究。提出研究工作总体思路，总体研究方案，跟进实施，参与撰写及深度修
20、改指导研究论文。是所有研究论文的通讯或共同通讯作者。对第 1，2，3项科学发现有贡献。胡凤益，第二完成人，研究员，工作单位：云南大学，完成单位：云南省农业科学院粮食作物研究所。负责水稻相关项目研究思路的设计和组织实施、研究成果论文的深度修改。是代表性论文 1，4 的共同第一作者，代表性论文2，3 的共同通讯作者。对第 1 项科学发现有贡献。姜雨，第三完成人，教授，工作单位：西北农林科技大学，完成单位：中国科学院昆明动物研究所。解析绵羊参考基因组研究，同时是山羊基因组进化研究的重要参加者。是本项目代表性论文 8 的第一作者，代表性论文 7 共同第一作者。对第 3 项科学发现有贡献。相辉，第四完成
21、人，教授，工作单位：华南师范大学，完成单位：中国科学院昆明动物研究所。负责开展家蚕表观遗传学研究。是代表性论文 5，6 的第一作者，代表性论文 4 的参与作者。对第 2 项科学发现有贡献。徐讯，第五完成人，教授，工作单位：深圳华大基因研究院，完成单位：中国科学院昆明动物研究所。完成水稻基因组进化研究、参与家蚕甲基化组研究。是代表性论文 1 的第一作者，代表性论文 7，8 的共同通讯作者，代表性论文 6 的共同第一作者。对第 1，2，3 项科学发现有贡献。完成人合作关系：2007.1-2014.6 第一完成人王文与第二完成人胡凤益就水稻基因组进化、陆稻陆生适应性及水稻表观遗传组研究开展深入系统的
22、合作，共同发表代表性论文 1，2，3，4，对第 1 项科学发现有重要贡献。2008.8-2014.6 第一完成人王文与第三完成人姜雨合作开展山羊、绵羊参考7基因组深度解析及山羊基因组进化研究，合作发表代表性论文 7，8，对第 3 项科学发现有重要贡献。2008.3-2014.10 第一完成人王文与第四完成人相辉合作开展家蚕表观遗传组学进化研究以及基因组编辑在家养动植物中开展的可行性调研工作，合作发表代表性论文 5,6,8。对第 2 项科学发现有重要贡献。2009.7-2014.10 第一完成人王文与第五完成人徐讯水稻基因组进化及山羊绵羊参考基因组解析研究中深入合作。在王文研究总体负责的水稻基因
23、组进化，同时参与家蚕甲基化组测序以及山羊绵羊基因组测序组装。合作发表代表性论文 1，6，7，8，对科学发现 1 有重要贡献，对第 2，3 项科学发现有贡献。知情同意证明：代表性论文中的共同通讯作者 Rasmus Nielsen, Jeffrey D Jensen 以及共同第一作者 Brian P.Dalrymple, Alan L.Archibald, Kim C.Worley, 和Noelle Cockett 属于外籍专家不能参与申报，都已经签署了知情同意书。其他未获得提名的8篇代表性论文的第一作者(并列第一作者)或者通讯作者（共同通讯作者） ，都已经签署了知情同意书。“所列论文专著用于提名国家自然科学奖的情况，已征得未列入项目主要完成人的作者的同意，知识产权应归国内所有，且不存在争议”。
