研究揭示中國常規稻主栽品種的演化機制

近日，中國水稻研究所魏興華團隊在《新植物學家》（New Phytologist）在線發表研究論文。研究者通過下一代重測序技術，首次對過去70年來中國常規稻主栽品種、地方種和國外引進種質構建了水稻高密度基因組變異圖譜，系統研究了地方種和引進種質對我國常規稻主栽品種演化的貢獻，以及主栽品種在遺傳改良中的變化規律，并探索主栽品種區別于小面積種植品種的潛在原因。

水稻是世界上最重要的糧食作物之一。在我國的水稻生產中，常規稻與雜交稻的種植比例相近；但常規稻因米質更優、生長周期短、更適宜機械化、成本低廉等更受歡迎。

20世紀50年代以來，年種植面積在10萬畝以上的水稻育成品種有約3000份，其中常規稻品種約占80%，但僅有約300個常規稻品種成為主栽品種（年種植面積超過100萬畝）。

2018年統計數據顯示，常規稻主栽品種的年種植面積占常規稻年種植總面積的一半以上。可見，常規稻主栽品種在水稻生產中占有重要地位。

然而，經過數十年的遺傳改良，常規稻主栽品種是如何變化的，它們如何響應不同時期的育種目標以及它們超越其它品種在中國大面積種植的遺傳機制尚未明確。

該研究整合了20世紀50年代至今選育的常規稻主栽品種、地方種和國外引進品種共501份種質的基因組變異精細圖譜。研究發現，秈稻主栽品種形成均主要受到地方種的貢獻；粳稻主栽品種中，早粳和中粳主要受到引進種質的貢獻，晚粳主要受到地方種的貢獻。隨著品種改良，秈稻主栽品種受到地方種的滲入減少，受到引進種的滲入增加；粳稻受到地方種的滲入減少，早粳和中粳受到引進種質的滲入減少，晚粳受到引進種質的滲入增加。

該研究系統揭示了已知功能基因在主栽品種選育中的演化規律。通過對已知功能基因單倍型進行比較，明確了在秈稻和粳稻主栽品種遺傳改良中，與產量、脅迫、植株形態等相關的受選擇基因。研究還揭示了優勢單倍型在秈粳亞種間的利用差異，即與產量和植株形態相關的多數基因在粳稻育種中尚未被應用；生物脅迫抗性基因在秈稻中的利用多于粳稻；耐寒單倍型和早熟單倍型在粳稻中的利用多于秈稻。

進一步分析，鑒定到控制千粒重、株高、抽穗期、稻瘟病抗譜率的相關連鎖區段共6個，并證實其中5個位點的優異單倍型在遺傳改良中受到人工正向選擇。揭示主栽品種區別于小面積種植品種的遺傳基礎，高產、植株形態優勢和抵御生物脅迫的抗性單倍型是秈稻主栽品種能夠大面積種植的關鍵因素，早熟、抵御非生物脅迫的抗性單倍型是粳稻主栽品種大面積種植的關鍵。

該研究跟蹤過去70年來常規稻主栽品種的改良和演化，以基因組學的手段系統分析在產量、主要農藝性狀和抗病性等發展變化規律。另一方面，通過比較主栽品種與同時期小面積種植的選育品種在重要性狀相關基因的基因型，進一步探索主栽品種能夠成功大面積種植的潛在原因。

該研究為我國常規稻主栽品種的改良歷史和演化規律提供更全面的認識，為未來的水稻育種提供理論指導。鑒于目前尚未有對中國常規稻主栽品種演化的系統研究，這凸顯了這項工作的重要性和及時性。

研究得到了國家重點研發計劃、浙江省重點研發計劃和中國農業科學院創新工程項目資助。中國水稻研究所博士生葉俊華和助理研究員章孟臣為論文共同第一作者，副研究員楊窯龍和研究員魏興華為通訊作者。