項目簡介：   本項目屬基因組學和植物遺傳學研究領域。

水稻是最重要的糧食作物之一。精確解析水稻基因組序列蘊藏的基因信息，對改良水稻品質、提高水稻產量和抗病抗逆性，都有十分重要的意義。中國科學院國家基因研究中心于2002年率先完成了水稻四號染色體的精確測序和分析，在基因組序列的精確性和完整性、基因的組成分析、染色體的序列結構特征、著絲粒的結構分析、秈稻和粳稻的比較基因組學研究等方面取得了重要的原創(chuàng)性成果。共精確完成了水稻4號染色體3548萬堿基對序列的測定，精確度為99.99%，覆蓋率達98.7%, 是最先完成精確測定的兩條水稻染色體之一。共鑒定了4658個基因，為基因的克隆和功能鑒定提供了經(jīng)典序列圖。高等植物染色體著絲粒序列結構非常復雜，也一直是一個謎，該項研究在精細物理圖的構建和序列測定等技術上取得了突破，在國際上首次完整地測定了水稻4號染色體的著絲粒序列并鑒定了其結構特征，對研究著絲粒的結構功能有重要意義，這也是高等植物第一個被完整測序的染色體著絲粒。該項研究還通過對水稻秈、粳稻4號染色體的測序分析對水稻栽培稻兩個亞種間的基因組序列進行了比較分析，特別是在基因組成、單核苷酸多態(tài)性、插入－缺失序列、重復序列、基因簇等方面進行了系統(tǒng)的比較分析，鑒定了秈粳基因組異同的重要特征。

該項研究共發(fā)表10篇論文，SCI他引500次，單篇影響因子最高為29.273，總影響因子112.69。有兩篇發(fā)表在Nature上（一篇國際合作完成），其中一篇論文，自2002年11月發(fā)表在Nature上以來已被226篇SCI論文引用；有四篇國際權威評論Current Opinion系列雜志文章將該論文評為Of Outstanding Interest；美國 Science 雜志 (2002年12月20日 298卷2298頁) 評出的2002年世界十大科技突破的第3項包括了水稻4號染色體的精確測序。水稻4號染色體測序的完成還被兩院院士評選為2002年中國十大科技進展新聞榜首之一。

主要發(fā)現(xiàn)點： 在水稻基因組4號染色體精確測序和基因組比較分析方面做出開創(chuàng)性的貢獻，取得了多項原創(chuàng)性的研究成果，包括在水稻基因組4號染色體精細物理圖構建、序列測定的精確性和完整性、基因預測分析、染色體的序列結構特征、著絲粒的完整測序和結構分析以及秈粳稻的比較基因組學研究等方面都獲得了重要成果和發(fā)現(xiàn)。

1、率先在國際上完成了水稻粳稻第四號染色體總長為3千5百萬堿基對序列的精確測定（精確度大于99.99％），達到了國際公認的完成圖標準，成為水稻基因組的經(jīng)典染色體序列圖，對國際水稻基因組計劃的貢獻率為10％，也為國際水稻基因組計劃全基因組完成圖工作的圓滿完成做出了重要貢獻。學科：基因組測定和功能基因組學，論文1、2。

2、解讀出水稻4號染色體的4658個基因，發(fā)現(xiàn)22％的水稻基因以基因簇形式排列，還首次發(fā)現(xiàn)占整個重復序列數(shù)量49％的微倒轉重復序列（MITEs）在染色體上與基因分布緊密相聯(lián)的位置關系。這些結果將遺傳圖、物理圖和基因圖整合在同一序列圖上，為基因的精細定位和進一步開發(fā)利用這些基因打下了基礎。學科：基因組測定和功能基因組學，論文1。

3、方法上創(chuàng)新：采用比較基因組學和整合多種物理圖構建技術，快速、準確地構建了水稻4號染色體的高精確度和高覆蓋率（98％）的物理圖。為快速準確構建精細物理提供了范例。根據(jù)該物理圖準確鑒定水稻4號染色體的物理長度以及遺傳圖距和物理圖距的對應關系，糾正了遺傳圖標記的一些錯誤。學科：基因組測定和功能基因組學，論文3、7。

4、通過精細物理圖構建和高度重復序列的拼裝等技術上的突破，成功鑒定了覆蓋著絲粒區(qū)域的大片段克隆，完整地測定了4號染色體著絲粒序列。鑒定了水稻4號染色體著絲粒核心區(qū)是由近360個高度重復的特異序列組成，并發(fā)現(xiàn)這些重復序列組成18個串聯(lián)式重復區(qū)段，其中四個區(qū)段為反方向，該區(qū)域還包括一些編碼基因。這是首次完成的高等植物的染色體著絲粒序列測定，為研究著絲粒的功能、染色體的穩(wěn)定性和復制及開發(fā)"人工水稻或植物染色體"提供了必要的結構基礎。學科：基因組測定和植物遺傳學，論文4。

5、首次鑒定了亞洲栽培稻兩個主要亞種秈稻和粳稻之間在基因組成、順序及DNA序列水平上的一些異同，揭示了栽培稻亞種間的親緣和進化關系，提出了秈稻比粳稻進化更早的假設。這些系統(tǒng)和精確對比分析對研究兩個主要栽培稻的親緣關系和進化，以及分子育種研究有重要意義。學科：功能基因組學，論文1、2、5、8、10。

6、通過比較基因組和芯片雜交分析，發(fā)現(xiàn)水稻染色體上相鄰排列的基因有很高的協(xié)同表達調控的重要特征。同時，闡明了秈粳基因功能和調控方面的差異，鑒定了水稻4號染色體上一批新的表達基因以及基因簇的分布規(guī)律。學科：功能基因組學，論文1、6、9。

主要完成人：

1.  韓斌

作為項目主持人有效組織了研究隊伍和設計了完整的研究方案，組織領導并參加了測序工作，制定了預測和分析基因的標準，綜合分析了實驗結果和數(shù)據(jù)，歸納出主要結論，撰寫了全部研究論文（對主要發(fā)現(xiàn)點1，2，4-6作出了創(chuàng)造性貢獻）；提出并運用整合的方法，成功構建了4號染色體精細物理圖（對主要發(fā)現(xiàn)點3作出了創(chuàng)造性貢獻）。自1998年8月至2005年8月參加了全部研究工作和10篇論文撰寫，是九篇論文的責任作者，一篇國際合作論文的核心研究人員。在該研究中的工作量占其本人總工作量的95％。

2.  馮旗

在該項目中擔任基因中心測序組組長，主要學術貢獻在于負責完成4號染色體的DNA測序工作，同時對序列的gap（缺口）進行填補、拼接與組裝序列、不斷完善序列，以達到國際公共數(shù)據(jù)庫的萬分之一的錯誤率要求（對發(fā)現(xiàn)點1、2作出了重要貢獻）。在該研究中的工作量占其本人總工作量的60％，是論文1的四位并列第一作者之一。

3.  張玉軍

主要參與領導了水稻基因組第四號染色體的序列分析與功能注解工作。在韓斌博士的帶領下，主要依靠自己的力量，建立了一套數(shù)據(jù)自動分析系統(tǒng)，快速高效的完成了基因組序列的分析工作。在系統(tǒng)自動分析的基礎上，自己建立了一套標準，對水稻四號染色體全部序列（共289個BAC/PAC克隆，全長34.6Mb）進行了人工檢查。經(jīng)過小組十幾位研究生及工作人員團結協(xié)作，刻苦攻關，最終得到了4658個預測基因，并對其中的各種基因家族、基因的染色體分布與進化等進行了詳細的分析，得到了一系列有價值的結論，其中本人分析的數(shù)據(jù)約占全部序列的40%。在該研究中的工作量占其總工作量的60％。對發(fā)現(xiàn)點2、5、6作出了重要貢獻。是論文1、10的并列第一作者之一。

4.  王升躍

協(xié)助中國科學院國家基因研究中心完成了水稻秈稻4號染色體物理圖的構建，并帶領中國國家人類基因組南方研究中心基因組測序部全體科研人員完成了102個BAC克隆、約13 Mb的測序任務，占整個染色體的1/3，配合中科院國家基因研究中心全面高質量地完成了4號染色體的精確測序。在該研究中的工作量占其本人總工作量的40％。對主要發(fā)現(xiàn)點1、2作出了重要貢獻。是論文1的并列第一作者之一。

5.  薛勇彪

承擔了水稻粳稻基因組cDNA庫的構建和測序工作，這些數(shù)據(jù)極大地幫助了基因組的序列分析，特別是基因結構的鑒定。同時，還參與了整個課題的設計與文章撰寫工作。在該研究中的工作量占其總工作量的30％。對主要發(fā)現(xiàn)點3、4、6作出了重要貢獻。

10篇代表性論文：

1.   Sequence and analysis of rice chromosome 4 /Nature

2.   The map-based sequence of the rice genome /Nature

3.   A fine physical map of the rice chromosome 4 /Genome Research

4.   Structural features of the rice chromosome 4 centromere /Nucleic Acids Research

5.   Genome-wide intraspecific DNA-sequence variations in rice /Current Opinion in Plant Biolog

6.   A Tiling Microarray Expression Analysis of Rice Chromosome 4 Suggests a Chromosome-Level Regulation of Transcription/Plant Cell

7.   Preparation of single rice chromosome for construction of a DNA library using a laser microbeam trap/ Journal of Biotechnology

8.   Sequence variations of simple sequence repeats on chromosome 4 in two subspecies of the Asian cultivated rice/Theor Appl Genet

9.   Transcript abundance of rml1, encoding a putative GT1-like factor in rice, is up-regulated by Magnaporthe grisea and down-regulated by light/Gene

10.  Computational Identification of 69 Retroposons in Arabidopsis/Plant Physiology