农学院李自超教授课题组发表水稻冷适应性研究 “Xian”和“Geng”的稻作文化再次绽放魅力！
2020年6月3日，Plant Biotechnology Journal 在线发表了中国农业大学农学院/农业生物技术国家重点实验室李自超教授课题组水稻冷适应性研究的重要论文“Differentiation, evolution and utilization of natural alleles for cold adaptability at the reproductive stage in rice”，该研究解析了水稻生殖生长期冷适应性分化的遗传基础以及生殖生长期耐冷基因的演化和育种利用潜力。此外，该论文是继“Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice”（Wang et al.,Nature,2018）之后，又一篇国际重要学术论文正式将籼稻和粳稻的英文名称用“Xian”和“Geng”代替国际上已广为使用的“Indica”和“Japonica”，再次体现中国数千年“Xian”和“Geng”的稻作文化的历史传承。
水稻（Oryza sativa L.，亚洲栽培稻）是低温敏感的粮食作物，主要包括籼稻和粳稻两个亚种。相对于籼稻，粳稻在驯化和改良过程中形成了优异的低温冷适应性。水稻的生殖生长期对低温最为敏感，该时期冷害直接影响稻谷产量和品质。随着对稻米需求的不断增加，我国粳稻的种植区域逐渐向高纬度、高海拔的寒冷地区拓展，生殖生长期冷害已成为制约高寒稻区水稻生产的主要限制因素。 该研究利用自然低温和冷水处理两种方式评价了580份水稻种质的生殖生长期耐冷性，利用从3000 Rice Genome Project (3KRGP)测序获得的11,622,307个SNPs作为基因型，通过全基因组关联分析发掘出156个生殖生长期耐冷关联位点。结合局部LD分析、显著SNPs分析和表达模式分析，明确了耐冷主效位点qCTB1t的候选基因。通过耐冷性表型和地理分布分析发现，温度作为生态环境的主要因子促进了籼粳分化过程，籼粳间及粳稻内均存在生殖生长期冷适应性的分化。通过群体遗传分析，分别鉴定出22和29个调控籼粳间及粳稻内生殖生长期冷适应性分化的遗传分化区段，但重叠区段少，表明籼粳间及粳稻内生殖生长期冷适应性分化具有不同的遗传基础。
通过联合演化分析发现，生殖生长期耐冷基因bZIP73和OsAPX1直接从粳型野生稻中演化而来，具有明显的籼粳分化特性，而CTB4a和Ctb1则是高纬度、高海拔的高寒稻区粳稻中新产生的有利突变。等位基因频率分析发现，bZIP73和OsAPX1在粳稻耐冷性的驯化改良过程中已得到广泛利用，而CTB4a和Ctb1在粳稻的耐冷育种中具有较大的利用潜力，其有效利用可保障高海拔和高纬度等高寒稻区的高产和稳产。联合单倍型分析表明，基于耐冷优势等位基因加性效应的聚合育种将是水稻生殖生长期耐冷性遗传改良的有效途径。
综上，该研究结果探明了水稻生殖生长期耐冷性自然变异及冷适应性分化的遗传基础，首次系统解析了生殖生长期耐冷基因的演化关系和育种利用情况，为进一步发掘生殖生长期耐冷基因鉴定了坚实基础，为利用聚合育种改良生殖生长期耐冷性提供重要的理论指导。
中国农业大学农学院博士生郭海峰和云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所曾亚文研究员为该论文的共同第一作者。中国农业大学农学院李金杰副教授和李自超教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研究开发计划（2016YFD0100101-09）和国家自然科学基金（31671649、31771753）等项目的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13424
转自：植物生物技术Pbj
责任编辑：李珊