昆明动物所Nature子刊水稻研究新成果

生物通,2013-07-09

来自中科院昆明动物研究所、云南省农业科学院等机构的研究人员，在新研究中发现了一个重要的旱稻（upland rice）优良品种标签单核苷酸多态性等位基因（elite variety tag single-nucleotide polymorphism alleles ，ETASs）。相关论文发表在7月5日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

中科院动物研究所副所长王文（Wen Wang）研究员以及云南省农业科学院粮食作物研究所副所长胡凤益（Fengyi Hu）是这篇论文的共同通讯作者。王文研究员长期来一直致力于自然选择和人工选择下新遗传结构（genetic novelties）及其功能起源进化机制的研究。目前已经分别在Science、Nature、Nature Genetics等重要学术杂志上发表多篇论文。胡凤益一直潜心于水稻品种选育及相关技术研究，近年来发表研究论文30多篇，是云南省中青年学术和技术带头人后备人才。

作物育种是指以野生植物驯化作为开始，随后进一步地改良地方作物品种和优良品种的过程。因此，从实质上讲作物育种是一个人类引导的进化过程。自然与育种群体为这种进化提供了原材料，而人为选择特定性状则是进化的驱动力。选择少见及有用的突变基因对于农作物驯化和改良至关重要。但一些重要的农艺性状基因往往并不存在于野生株和地方品种中，而是以低频率存在于一些非优良种群中。

亚洲栽培稻（Oryza sativa）是第一种人类驯化谷类植物。亚洲栽培稻可非为两个主要类型：粳稻（Japonica）和籼稻（Indica），它们是由野生稻O. rufipogon以及O. nivara驯化而来。这些农作物的驯化及随后的地方化导致生成了许多的地方稻种，为水稻育种提供了大量的遗传资源。出于高产量、作物品质，抗生物及非生物胁迫及农艺适应性等不同的目的，育种者们已成功培育出大量携带适当等位基因组合的优良品种。

通常，育种者是通过称作为数量性状遗传位点(QTL)/基因绘图的传统方法，来鉴别这些农艺性状相关基因的。这种方法推动鉴别了大量的水稻重要基因。尽管其具有突出的优点，但QTL/基因绘图是一种耗时耗力的方法，需要数年的时间来构建出分离群体，要需要进行广泛的基因分型和表型分型。另一种常用的方法：群体关联作图（association mapping）往往会漏掉良种等位基因。而近年来的一些群体基因组学方法，鉴别的也常常是一些常见的等位基因，而漏失了存在于一个或有限数量优良品种中的良种等位基因。

在这篇新文章中，研究人员首次尝试了一种新方法挖掘优良水稻品种等位基因。研究人员对6个优良品种进行了深度测序，基于基因组数据鉴别了优良品种标签单核苷酸多态性等位基因（ETASs）。通过这种初步的分析，研究人员确定了IRAT104旱稻品种NECD（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase）基因中一个导致蛋白质改变的ETAS及其特征。这一等位基因在旱稻和灌溉稻之间显示出显著的频率差异，并且研究人员在这一等位基因周围观察到存在选择性清除（selective sweep）。功能性分析表明，在旱稻中这一的等位基因与脱落酸水平显著增高，以及侧根密度增高有关。

新研究揭示了一个重要的旱稻等位基因，并为我们提供了一个有潜力的挖掘罕见、重要农艺性状基因的新策略。