项目简介：   本项目属基因组学和植物遗传学研究领域。

水稻是最重要的粮食作物之一。精确解析水稻基因组序列蕴藏的基因信息，对改良水稻品质、提高水稻产量和抗病抗逆性，都有十分重要的意义。中国科学院国家基因研究中心于2002年率先完成了水稻四号染色体的精确测序和分析，在基因组序列的精确性和完整性、基因的组成分析、染色体的序列结构特征、着丝粒的结构分析、籼稻和粳稻的比较基因组学研究等方面取得了重要的原创性成果。共精确完成了水稻4号染色体3548万碱基对序列的测定，精确度为99.99%，覆盖率达98.7%, 是最先完成精确测定的两条水稻染色体之一。共鉴定了4658个基因，为基因的克隆和功能鉴定提供了经典序列图。高等植物染色体着丝粒序列结构非常复杂，也一直是一个谜，该项研究在精细物理图的构建和序列测定等技术上取得了突破，在国际上首次完整地测定了水稻4号染色体的着丝粒序列并鉴定了其结构特征，对研究着丝粒的结构功能有重要意义，这也是高等植物第一个被完整测序的染色体着丝粒。该项研究还通过对水稻籼、粳稻4号染色体的测序分析对水稻栽培稻两个亚种间的基因组序列进行了比较分析，特别是在基因组成、单核苷酸多态性、插入－缺失序列、重复序列、基因簇等方面进行了系统的比较分析，鉴定了籼粳基因组异同的重要特征。

该项研究共发表10篇论文，SCI他引500次，单篇影响因子最高为29.273，总影响因子112.69。有两篇发表在Nature上（一篇国际合作完成），其中一篇论文，自2002年11月发表在Nature上以来已被226篇SCI论文引用；有四篇国际权威评论Current Opinion系列杂志文章将该论文评为Of Outstanding Interest；美国 Science 杂志 (2002年12月20日 298卷2298页) 评出的2002年世界十大科技突破的第3项包括了水稻4号染色体的精确测序。水稻4号染色体测序的完成还被两院院士评选为2002年中国十大科技进展新闻榜首之一。

主要发现点： 在水稻基因组4号染色体精确测序和基因组比较分析方面做出开创性的贡献，取得了多项原创性的研究成果，包括在水稻基因组4号染色体精细物理图构建、序列测定的精确性和完整性、基因预测分析、染色体的序列结构特征、着丝粒的完整测序和结构分析以及籼粳稻的比较基因组学研究等方面都获得了重要成果和发现。

1、率先在国际上完成了水稻粳稻第四号染色体总长为3千5百万碱基对序列的精确测定（精确度大于99.99％），达到了国际公认的完成图标准，成为水稻基因组的经典染色体序列图，对国际水稻基因组计划的贡献率为10％，也为国际水稻基因组计划全基因组完成图工作的圆满完成做出了重要贡献。学科：基因组测定和功能基因组学，论文1、2。

2、解读出水稻4号染色体的4658个基因，发现22％的水稻基因以基因簇形式排列，还首次发现占整个重复序列数量49％的微倒转重复序列（MITEs）在染色体上与基因分布紧密相联的位置关系。这些结果将遗传图、物理图和基因图整合在同一序列图上，为基因的精细定位和进一步开发利用这些基因打下了基础。学科：基因组测定和功能基因组学，论文1。

3、方法上创新：采用比较基因组学和整合多种物理图构建技术，快速、准确地构建了水稻4号染色体的高精确度和高覆盖率（98％）的物理图。为快速准确构建精细物理提供了范例。根据该物理图准确鉴定水稻4号染色体的物理长度以及遗传图距和物理图距的对应关系，纠正了遗传图标记的一些错误。学科：基因组测定和功能基因组学，论文3、7。

4、通过精细物理图构建和高度重复序列的拼装等技术上的突破，成功鉴定了覆盖着丝粒区域的大片段克隆，完整地测定了4号染色体着丝粒序列。鉴定了水稻4号染色体着丝粒核心区是由近360个高度重复的特异序列组成，并发现这些重复序列组成18个串联式重复区段，其中四个区段为反方向，该区域还包括一些编码基因。这是首次完成的高等植物的染色体着丝粒序列测定，为研究着丝粒的功能、染色体的稳定性和复制及开发"人工水稻或植物染色体"提供了必要的结构基础。学科：基因组测定和植物遗传学，论文4。

5、首次鉴定了亚洲栽培稻两个主要亚种籼稻和粳稻之间在基因组成、顺序及DNA序列水平上的一些异同，揭示了栽培稻亚种间的亲缘和进化关系，提出了籼稻比粳稻进化更早的假设。这些系统和精确对比分析对研究两个主要栽培稻的亲缘关系和进化，以及分子育种研究有重要意义。学科：功能基因组学，论文1、2、5、8、10。

6、通过比较基因组和芯片杂交分析，发现水稻染色体上相邻排列的基因有很高的协同表达调控的重要特征。同时，阐明了籼粳基因功能和调控方面的差异，鉴定了水稻4号染色体上一批新的表达基因以及基因簇的分布规律。学科：功能基因组学，论文1、6、9。

主要完成人：

1.  韩斌

作为项目主持人有效组织了研究队伍和设计了完整的研究方案，组织领导并参加了测序工作，制定了预测和分析基因的标准，综合分析了实验结果和数据，归纳出主要结论，撰写了全部研究论文（对主要发现点1，2，4-6作出了创造性贡献）；提出并运用整合的方法，成功构建了4号染色体精细物理图（对主要发现点3作出了创造性贡献）。自1998年8月至2005年8月参加了全部研究工作和10篇论文撰写，是九篇论文的责任作者，一篇国际合作论文的核心研究人员。在该研究中的工作量占其本人总工作量的95％。

2.  冯旗

在该项目中担任基因中心测序组组长，主要学术贡献在于负责完成4号染色体的DNA测序工作，同时对序列的gap（缺口）进行填补、拼接与组装序列、不断完善序列，以达到国际公共数据库的万分之一的错误率要求（对发现点1、2作出了重要贡献）。在该研究中的工作量占其本人总工作量的60％，是论文1的四位并列第一作者之一。

3.  张玉军

主要参与领导了水稻基因组第四号染色体的序列分析与功能注解工作。在韩斌博士的带领下，主要依靠自己的力量，建立了一套数据自动分析系统，快速高效的完成了基因组序列的分析工作。在系统自动分析的基础上，自己建立了一套标准，对水稻四号染色体全部序列（共289个BAC/PAC克隆，全长34.6Mb）进行了人工检查。经过小组十几位研究生及工作人员团结协作，刻苦攻关，最终得到了4658个预测基因，并对其中的各种基因家族、基因的染色体分布与进化等进行了详细的分析，得到了一系列有价值的结论，其中本人分析的数据约占全部序列的40%。在该研究中的工作量占其总工作量的60％。对发现点2、5、6作出了重要贡献。是论文1、10的并列第一作者之一。

4.  王升跃

协助中国科学院国家基因研究中心完成了水稻籼稻4号染色体物理图的构建，并带领中国国家人类基因组南方研究中心基因组测序部全体科研人员完成了102个BAC克隆、约13 Mb的测序任务，占整个染色体的1/3，配合中科院国家基因研究中心全面高质量地完成了4号染色体的精确测序。在该研究中的工作量占其本人总工作量的40％。对主要发现点1、2作出了重要贡献。是论文1的并列第一作者之一。

5.  薛勇彪

承担了水稻粳稻基因组cDNA库的构建和测序工作，这些数据极大地帮助了基因组的序列分析，特别是基因结构的鉴定。同时，还参与了整个课题的设计与文章撰写工作。在该研究中的工作量占其总工作量的30％。对主要发现点3、4、6作出了重要贡献。

10篇代表性论文：

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