近日，中國水稻研究所魏興華團隊在植物科學權威期刊New Phytologist在線發(fā)表了題為“Genomic insight into genetic changes and shaping of major inbred rice cultivars in China”的研究論文。研究者通過下一代重測序技術，首次對過去70年來中國常規(guī)稻主栽品種、地方種和國外引進種質(zhì)構建了水稻高密度基因組變異圖譜。通過群體遺傳和基因組學分析，系統(tǒng)研究了地方種和引進種質(zhì)對我國常規(guī)稻主栽品種演化的貢獻，以及主栽品種在遺傳改良中的變化規(guī)律，并探索主栽品種區(qū)別于小面積種植品種的潛在原因。
水稻是世界上最重要的糧食作物之一。在我國的水稻生產(chǎn)中，常規(guī)稻與雜交稻的種植比例相近；但常規(guī)稻因米質(zhì)更優(yōu)、生長周期短、更適宜機械化、成本低廉等更受歡迎。20世紀50年代以來，年種植面積在10萬畝以上的水稻育成品種有約3000份，其中常規(guī)稻品種約占80%，但僅有約300個常規(guī)稻品種成為主栽品種（年種植面積超過100萬畝）。2018年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，常規(guī)稻主栽品種的年種植面積占常規(guī)稻年種植總面積的一半以上?？梢?，常規(guī)稻主栽品種在水稻生產(chǎn)中占有重要地位。然而，經(jīng)過數(shù)十年的遺傳改良，常規(guī)稻主栽品種是如何變化的，它們?nèi)绾雾憫煌瑫r期的育種目標以及它們超越其它品種在中國大面積種植的遺傳機制尚未明確。
該研究整合了20世紀50年代至今選育的常規(guī)稻主栽品種、地方種和國外引進品種共501份種質(zhì)的基因組變異精細圖譜。研究發(fā)現(xiàn)秈稻主栽品種形成均主要受到地方種的貢獻；粳稻主栽品種中，早粳和中粳主要受到引進種質(zhì)的貢獻，晚粳主要受到地方種的貢獻。隨著品種改良，秈稻主栽品種受到地方種的滲入減少，受到引進種的滲入增加；粳稻受到地方種的滲入減少，早粳和中粳受到引進種質(zhì)的滲入減少，晚粳受到引進種質(zhì)的滲入增加。系統(tǒng)揭示了已知功能基因在主栽品種選育中的演化規(guī)律。通過對已知功能基因單倍型進行比較，明確了在秈稻和粳稻主栽品種遺傳改良中，與產(chǎn)量、脅迫、植株形態(tài)等相關的受選擇基因。并揭示了優(yōu)勢單倍型在秈粳亞種間的利用差異，即與產(chǎn)量和植株形態(tài)相關的多數(shù)基因在粳稻育種中尚未被應用；生物脅迫抗性基因在秈稻中的利用多于粳稻；耐寒單倍型和早熟單倍型在粳稻中的利用多于秈稻。
通過全基因組關聯(lián)分析（GWAS）和選擇印記分析，鑒定到控制千粒重、株高、抽穗期、稻瘟病抗譜率的相關連鎖區(qū)段共6個，并證實其中5個位點的優(yōu)異單倍型在遺傳改良中受到人工正向選擇。揭示主栽品種區(qū)別于小面積種植品種的遺傳基礎，高產(chǎn)、植株形態(tài)優(yōu)勢和抵御生物脅迫的抗性單倍型是秈稻主栽品種能夠大面積種植的關鍵因素，早熟、抵御非生物脅迫的抗性單倍型是粳稻主栽品種大面積種植的關鍵。
該研究跟蹤過去70年來常規(guī)稻主栽品種的改良和演化，以基因組學的手段系統(tǒng)分析在產(chǎn)量、主要農(nóng)藝性狀和抗病性等發(fā)展變化規(guī)律，另一方面，通過比較主栽品種與同時期小面積種植的選育品種在重要性狀相關基因的基因型，進一步探索主栽品種能夠成功大面積種植的潛在原因。該研究為我國常規(guī)稻主栽品種的改良歷史和演化規(guī)律提供更全面的認識，為未來的水稻育種提供理論指導。鑒于目前尚未有對中國常規(guī)稻主栽品種演化的系統(tǒng)研究，這凸顯了這項工作的重要性和及時性。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、浙江省重點研發(fā)計劃和中國農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程項目資助。我所博士生葉俊華和助理研究員章孟臣為論文共同第一作者，楊窯龍副研究員和魏興華研究員為通訊作者。
文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.18500
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