近日，江蘇裡下河地區農業科學研究所李愛宏團隊聯合中國農業科學院植物保護所寧約瑟團隊、揚州大學楊澤峰團隊在《基因組生物學》發表研究論文。
該研究收集了我國江蘇省、浙江省和山東省等地大面積推廣的198份粳稻品種並進行基因組重測序分析，解析了華中地區優良粳稻品種的基因組資訊和優勢基因位點的遺傳學規律；並以此為基礎，透過基因組設計育種策略創制了高產、優質和抗病性狀聚合的水稻優良品系。
稻瘟菌侵染水稻引起的稻瘟病是影響我國水稻生產最嚴重的真菌病害，全球氣候變化以及極端氣候的頻發加劇了稻瘟病的發生，嚴重影響糧食安全。培育抗病品種是稻瘟病防控最為經濟、有效和環保的策略，對保障糧食生產、人民需求和安全生產具有重大意義。
產量、品質和稻瘟病抗性是由多基因控制的複雜性狀，具有模組化特性，育種實踐中在強化某個性狀選擇的同時往往會導致其他性狀分子模組的丟失，造成品種“高產不抗病”“優質不高產”的現象普遍存在。因此，如何實現高產優質抗病多性狀聚合是分子設計育種亟待解決的關鍵科學問題。
華中地區是我國最重要的粳稻主產區之一，年粳稻種植面積近300萬公頃，對保障我國糧食安全具有重要意義。然而，該區域品種選育的遺傳改良規律和有利基因型的利用規律尚不明確。該研究收集了近30年來在江蘇、浙江、山東等地大面積推廣應用的198份粳稻品種並對其進行重測序分析，首次透過全基因組選擇印跡分析和關鍵性狀基因定位解析了華中地區粳稻品種產量、品質和稻瘟病抗性3個主要性狀的基因組學基礎和遺傳規律。基因組水平分析表明千粒重、每穗粒數等關鍵基因的強化選擇是促進該區域粳稻品種產量提高的重要遺傳基礎。
與此同時，該研究發現近十年選育的高產水稻品種稻米的直連澱粉含量呈現顯著下降，稻瘟病抗性水平表現降低的趨勢，表明稻米品質和抗稻瘟病性狀存在顯著的負相關。透過全基因組連鎖圖譜構建，發現第6染色體Piz基因座感病等位基因連鎖（Hap1型別）是制約品種產量品質抗病平衡的關鍵位點。以此為基礎，研究利用基因組設計育種策略，透過核心親本選擇和關鍵基因累贅連鎖打破，最終實現了高產優質抗病新品系的創制。
綜上所述，該研究系統挖掘了華中地區粳稻品種改良的育種選擇印記，解析了產量品質抗病關鍵基因在品種選育過程中的遺傳學規律，為實現水稻高產優質抗病品種的選育提供了重要理論指導和基因資源。
研究還表明，綜合利用基因組學技術手段，解析現代品種改良規律和關鍵基因/等位基因利用，是實現精準、高效分子設計育種的有效方法，該研究不僅為水稻品種改良奠定了基因組學和遺傳學基礎，也為玉米、小麥等糧食作物遺傳改良規律解析以及設計育種從理論走向實踐應用等提供了理論和技術支撐。（王方）
相關論文資訊：https://doi.org/10.1186/s13059-021-02488-8
來源： 中國科學報
