水稻是全球最重要的糧食作物之一，稻米品質(zhì)改良對保障糧食安全、滿足日益增長的消費(fèi)需求具有重要意義。堊白是影響稻米外觀品質(zhì)與市場價(jià)值的重要性狀，高堊白會顯著降低稻米的透明度和商品價(jià)值。與研究較為深入的粳稻相比，秈稻堊白性狀改良的遺傳基礎(chǔ)仍有待系統(tǒng)解析。廣東現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)秈稻具有籽粒細(xì)長、外觀通透、堊白度低等優(yōu)良特性，是開展秈稻品質(zhì)遺傳改良研究的重要材料。

近日，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作在Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表題為Population genomics reveals selection signatures and favorable haplotypes for low chalkiness in indica rice的研究論文。該研究以廣東秈稻為研究對象，系統(tǒng)解析了秈稻低堊白性狀形成的遺傳基礎(chǔ)，揭示了育種過程中Wx、Chalk5、OsDER1和OsATG8b優(yōu)良單倍型逐步聚合與固定的規(guī)律，為優(yōu)質(zhì)稻分子育種提供理論依據(jù)。

該研究基于2022年和2023年廣州晚季稻米堊白表型數(shù)據(jù)，對154份廣東秈稻和229份國際秈稻材料進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，廣東秈稻整體堊白度更低、籽粒更細(xì)長、外觀品質(zhì)更優(yōu)。結(jié)合群體遺傳、單倍型分析和胚乳表達(dá)數(shù)據(jù)，該研究從已報(bào)道的150個(gè)堊白相關(guān)基因中篩選出4個(gè)關(guān)鍵基因(Wx、Chalk5、OsDER1和OsATG8b)，這些基因在廣東秈稻遺傳改良過程中呈現(xiàn)顯著選擇信號，其優(yōu)良單倍型在廣東秈稻中顯著富集，并與低堊白性狀密切相關(guān)。這一規(guī)律在菲律賓種植的3K水稻材料中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。對黃華占系譜中這4個(gè)基因的單倍型變化規(guī)律進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)秈稻的低堊白性狀并非由單個(gè)基因決定，而是多個(gè)有利單倍型在長期育種中逐步聚合與固定的結(jié)果。同時(shí)，這些優(yōu)良單倍型已廣泛分布于廣西、福建、江西、安徽和湖北等地的現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)秈稻品種中，表明其已在南方稻區(qū)育種中得到持續(xù)利用。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的基因組預(yù)測結(jié)果表明，這些關(guān)鍵位點(diǎn)能夠較準(zhǔn)確預(yù)測堊白性狀，為優(yōu)質(zhì)秈稻分子育種和優(yōu)良單倍型的精準(zhǔn)利用提供依據(jù)。

調(diào)控廣東秈稻堊白的4個(gè)關(guān)鍵基因作用模式圖

綜上所述，該研究揭示了現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)秈稻低堊白形成的遺傳基礎(chǔ)及其育種改良規(guī)律，為理解秈稻外觀品質(zhì)提升的分子機(jī)制提供新的證據(jù)，也為優(yōu)質(zhì)稻分子育種和相關(guān)優(yōu)良基因資源的高效利用提供重要理論依據(jù)。

作者簡介

廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所科研助理李日盛、馬雅美副研究員、聶帥博士、周靖波博士和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生曹蕓夢為該論文共同第一作者。廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所胡海飛副研究員、趙均良研究員、王重榮研究員及華南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉自強(qiáng)教授為共同通訊作者。相關(guān)工作得到廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。