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    圖片新聞

    陸稻“雙向選擇”進化闡明了節水抗旱稻育種的理論

    作者:中心編輯   文章來源: 本站原創   發布日期: 2018-12-24 16:18:24   瀏覽次數:0

     

        2018年12月22日,Cell Press旗下植物領域國際權威學術期刊Molecular Plant(影響因子9.326)在線發表了題為“Bi-directional selection in upland rice leads to its adaptive differentiation from lowland rice on drought resistance and productivity”的研究論文。該論文的第一單位為上海市農業生物基因中心,第一作者為夏輝博士,通訊作者為羅利軍研究員。

        該論文首次論述了抗旱性-產量的“雙向選擇”模式對陸稻生態型適應旱作生境中所起的作用,指出在這種選擇模式下陸稻生態型保留了大量與抗旱相關的遺傳變異與抗旱性-高產重組基因型。該研究從分子進化角度闡明了節水抗旱稻采用水、陸稻雜交及山地抗旱篩選和水田產量篩選的交替育種體系的理論基礎。這對于在全球環境變化下,作物的育種模式有著重要的啟示意義。上海市農業生物基因中心節水抗旱稻基礎研究團隊利用陸稻與水稻雜交,成功選育了一系列既抗旱又高產優質的節水抗旱稻品種。節水抗旱稻的抗旱性主要來源于陸稻。陸稻是在“高地、雨養”條件馴化而來的一種適應旱作生境的栽培稻生態型,較水稻生態型而言具有較高的抗旱性,但在產量、品質方面卻不如水稻。陸稻的抗旱性是如何進化形成的?抗旱性的進化與產量性狀的進化之間又有什么關系?這些問題一直懸而未決,但對于水稻抗旱研究及建設節水抗旱稻育種理論卻至關重要。針對這些問題,基因中心羅利軍研究團隊收集了代表我國不同生產區的水陸稻傳統地方品種,圍繞兩者之間的抗旱性表型、產量及基因組遺傳差異進行了系統的研究,耗時6年,一是揭示水陸稻存在顯著的遺傳分化,而這種遺傳分化主要是抗旱性的分化;二是發現栽培稻的抗旱性與產量之間存在廣泛的tradeoff,即陸稻抗旱性強但產量性狀往往較差,兩者呈負相關,其原因是由抗旱基因的“一因多效”或產量基因與抗旱基因連鎖、且作用相反。這種tradeoff的遺傳機制,廣泛分布在栽培稻的基因組上,影響了抗旱性在陸稻中的進化;三是發現在水稻、陸稻適應性分化的區域,水稻中呈現定向(以產量為主)選擇而在陸稻中呈現雙向(兼顧抗旱和產量)選擇。在陸稻的馴化過程中,有利抗旱的等位基因在干旱嚴重的世代受到選擇,而有利于高產的等位基因在降雨充沛的世代受到選擇,呈現出平衡選擇效應。在這樣的產量-抗旱性的雙向選擇下,較高的遺傳多樣性以及許多有利于干旱適應的基因資源就在陸稻中被保留了下來,與水稻形成適應性分化。這種人類馴化中的雙向選擇模式在作物中的報道目前并不多見,但卻具有很重要的理論意義與應用價值。節水抗旱稻正是借鑒并強化陸稻馴化中的抗旱-產量雙向選擇模式,聚合了陸稻的抗旱性與水稻高產優質特性。四是發現在抗旱基因與產量基因連鎖區域會出現一些陸稻特有的、稀有重組類型(例如耐旱基因DCA1與產量相關基因OsCesA7)。這種特有的重組類型有助于打破抗旱性-產量之間的負相關,使植株兼具高產與抗旱性。該研究豐富了水、陸稻遺傳分化的理論,在應用上對于節水抗旱品種的選育具有重要的指導作用。

        節水抗旱稻是指兼具水稻和旱稻優良特性的一種新的水稻品種類型,既可像水稻一樣在灌溉稻田栽培,產量、米質與水稻持平,但可節省50%以上的灌溉水,減少化肥和農藥施用,降低面源污染;又可像小麥一樣在旱地種植,實現旱種旱管,穩產增收。經過10多年的努力,基因中心已經培育出包括秈型、粳型、雜交和常規四個系列的節水抗旱稻品種(組合)已在生產上大面積推廣應用。尤其節水抗旱稻“旱優73”組合,在旱種旱管、旱種水管、水種旱管、機插秧等多種栽培模式下,均表現出抗旱、抗倒、穩產、適應性廣等優點而受到沿淮等地區農戶的歡迎。2018年,“旱優73”單個品種在安徽種植面積將近100萬畝,2019年,有望突破200萬畝。

        今后基因中心將進一步加強節水抗旱稻的基礎研究和應用研究,為“鄉村振興”添磚加瓦。

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