新研究揭示雜交稻超親晚熟的主要遺傳基礎

近日，中國科學院院士、華南農業大學生命科學學院研究員劉耀光團隊，生命科學學院研究員郭晶心團隊研究揭示了雜交稻超親晚熟的主要遺傳基礎是聚合了來自雙親的功能型抽穗期核心基因Hd1、Ghd7、DTH8和PRR37，同時建立了分子標記輔助系統以鑒定親本這四個基因的功能類型，根據具體的育種目標，在配組之前即可預測雜交稻的感光特性。相關成果發表于《植物學雜志》。

論文第一作者、華南農業大學生命科學學院博士后宗伍輩介紹，該研究以華南農業大學培育的強感光優質雜交稻品種寧優1179（親本為不育系寧A，恢復系航恢1179）和F₂群體為材料，通過BSA（Bulked Sergeant Analysis）測序和分子標記連鎖分析，在全基因組范圍內鑒定到長短日下的主效抽穗基因為Hd1、Ghd7、DTH8和PRR37。研究進一步測序分析生產中常用的不育系（47份）和恢復系（140份）中四個基因的單倍型，并通過國家水稻數據中心調查了918份雜交稻的抽穗期感光特性。

該研究發現，恢復系主要攜帶Ghd7和PRR37功能型，而不育系主要以Hd1功能型為主。當不育系攜帶Hd1 DTH8（互作感光型親本，例如博A），或恢復系攜帶Ghd7 DTH8 PRR37（互作感光型親本，例如廣恢3550）時，與它們組配的雜交稻大概率聚合親本功能型Hd1、Ghd7、DTH8和PRR37，表現出強感光性，長日超親晚熟。由此揭示了雜交稻聚合雙親功能型四基因時具有強感光性的普遍規律。

研究通過CRISPR/Cas9技術編輯寧A和保持系寧B的Hd1，獲得感光性弱且農藝性狀保持優良的改良型寧優1179，為解決雜交稻超親晚熟提供了實踐范例。論文還開發了系列分子標記以明確或者改良親本這四個基因的功能類型。在農業生產中，育種家依據耕作制度和水稻品種的抽穗期定義感光性和感溫性。

感光品種是指在早季（長日）抽穗很晚或不抽穗，但在晚季（短日）抽穗正常，是我國華南雙季稻區晚稻生產中極為重要的一種生態型。這類品種的發育進程充分利用了初期的長日照條件（處于營養生長），和中后期短日照條件的光熱資源完成生殖發育，表現高產穩產。不感光的品種統稱為感溫品種，可在長短日照條件種植。Hd1 DTH8型不育系和Ghd7 DTH8 PRR37型恢復系為互作感光性親本，以這種基因型親本進行組配極大概率產生超親晚熟的雜交稻。

利用論文提供的系列分子標記并結合基因編碼區測序，可以快速鑒定親本這4個基因的單倍型是否有功能，在雜交前即可預測雜交稻的感光特性。此外通過雜交導入和標記輔助選擇，或利用CRISPR/Cas9技術，可以改變親本的基因型，定向培育不同感光特性的雜交稻。