华中农大分析揭示水稻离子组自然变异的遗传基础

南湖新闻网讯（通讯员 盛柯）10月30日，我校生命科学技术学院/作物遗传改良国家重点实验室水稻团队练兴明教授课题组在植物学领域杂志 Plant Cell 发表了题为“Genetic basis of rice ionomic variation revealed by Genome-wide association studies”的研究论文。该项研究通过全基因组关联分析揭示了水稻离子组自然变异的遗传基础。

植物需要至少14种必需的矿物质营养元素和多种有益元素，用于生长、发育和抵抗生物及非生物胁迫。同时，土壤中还含有一些有毒元素，它们对植物的生长发育是非必需的，植物一般不会主动吸收它们，但它们可以利用必需元素的离子通道进入植物体内，进而可能导致植物中毒或进入食物链威胁人类健康。对于以大米为主食的人来说，大米是很多重要微量营养元素和有毒元素的主要膳食来源，因此提升稻米中重要微量营养元素的积累并降低潜在有毒元素的浓度对食品安全及人类健康至关重要。过去的研究表明，不同水稻品种在矿质元素的积累上存在很大的差异，但是控制水稻离子组自然变异的遗传基础在很大程度上仍然是未知的。因此，系统发掘相应的遗传位点有利于稻米营养品质的遗传改良。

该研究团队利用529份水稻种质材料，在湖北、湖南等地进行多年多点的田间试验，测定了秸秆和籽粒中17种矿质元素的含量，并结合水稻全基因组单碱基序列多态性信息进行了关联分析，解析了水稻离子组自然变异的遗传基础。在对17种元素性状的关联分析中，共发现了72个具有高度重复性的关联位点，其中32个位点在不同试验地点被重复检测到，40个位点在同一试验点的不同田间试验中被重复检测到。在候选基因的挖掘中，他们预测了42个位点的候选基因，并对其中三个位点的候选基因进行了功能验证，包括OsHKT1;5、OsMOT1;1和Ghd7等。OsHKT1;5是一个已知的钠转运蛋白，对其单倍型分析进一步确认了它在自然群体中发生功能变异的效应位点；OsMOT1;1是一个拟南芥钼转运子AtMOT1的同源基因，通过转基因方法证实了其在水稻中的钼转运功能及自然变异机制；Ghd7是一个已知的抽穗期及产量性状基因，通过近等基因系和转基因材料证实了其影响水稻植株体内的氮含量。该研究为稻米营养品质的遗传改良提供了可用的遗传位点及一定的理论基础。

练兴明教授课题组的博士后杨猛和博士研究生吕凯为该论文的共同第一作者，练兴明教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、863计划及公益性行业（农业）科研专项的资助。

文章链接：

http://www.plantcell.org/content/early/2018/10/29/tpc.18.00375

审核人：练兴明