東北地理所在水稻矮化優(yōu)良等位基因挖掘及抗倒伏分子育種應(yīng)用方面取得新進(jìn)展
20世紀(jì)60年代末，以矮化育種為目標(biāo)的綠色革命實(shí)現(xiàn)了我國水稻產(chǎn)量的第一次飛躍。綠色革命基因sd1已在秈稻現(xiàn)代育種中得到廣泛應(yīng)用，尤其是功能缺失型等位基因（sd1-d，sd1-AJNT和sd1-9311）。粳稻在長期進(jìn)化過程中經(jīng)過人工馴化，一種弱功能型等位基因SD1-EQ在極大部分粳稻中被保留下來。然而，近年來受氣候條件變化、直播稻普及以及高產(chǎn)育種策略的影響，人們對(duì)粳稻品種的抗倒伏性能提出更高的要求。粳稻中是否還利用了其他的SD1等位基因？南方秈稻功能缺失型sd1等位基因是否可以在東北粳稻育種中加以利用？這是當(dāng)前粳稻抗倒伏育種中需要考慮的重要問題。
近日，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所方軍研究員團(tuán)隊(duì)在The Crop Journal在線發(fā)表了題為“Elite sd1 alleles in japonica rice and their breeding applications in northeast China”的研究論文。通過數(shù)據(jù)庫挖掘、文獻(xiàn)追蹤、系譜分析以及分子標(biāo)記驗(yàn)證等手段對(duì)粳稻中sd1的優(yōu)異單倍型及相應(yīng)的種質(zhì)資源進(jìn)行了分析，明確了除SD1-EQ外，sd1-r主要分布在中國北方和日本東北地區(qū)粳稻材料中，而sd1-j也在中國華東地區(qū)和日本九州的部分粳稻品種中存在。通過分析其衍生后代，發(fā)現(xiàn)“東農(nóng)”和“秀水”系列品種分別是粳稻骨干親本秋光和測(cè)21的重要分支，二者分別攜帶sd1-r和sd1-j等位基因。這說明sd1-r和sd1-j在當(dāng)前粳稻育種中得到有效利用，可以用來改良大部分SD1-EQ型水稻品種，提高粳稻的抗倒性。其中攜帶sd1-r等位基因的東北粳稻材料有東農(nóng)系列品種（東農(nóng)419、東農(nóng)423、東農(nóng)427、東農(nóng)糯418、東農(nóng)9006），龍稻10、龍稻21、牡丹江21以及吉粳101，值得注意的是衍生自東農(nóng)423的東農(nóng)427和龍稻21在生產(chǎn)上表現(xiàn)出極好的抗倒伏性。進(jìn)一步利用分子輔助選擇，將sd1-d導(dǎo)入稻花香2號(hào)（DHX2），并獲得了攜帶sd1-d的矮桿和半矮桿株系（1279和1280），預(yù)計(jì)這兩個(gè)品系將成為未來遺傳研究和育種的重要中間材料；同時(shí)由于sd1-d是功能缺失型，也意味著可以利用基因編輯技術(shù)快速創(chuàng)制其他不同類型缺失型sd1加以利用。這項(xiàng)工作將有助于引種，親本選擇，分子標(biāo)記輔助選擇育種，并為下一步挖掘粳稻骨干親本中與sd1共同選擇的有利基因提供材料基礎(chǔ)。
圖1 新創(chuàng)制的矮桿、半矮桿材料的表型和sd1-d等位基因的分子鑒定
圖2 sd1等位基因在未來東北粳稻育種中的應(yīng)用模型
東北地理所沙漢景博士后和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)劉化龍副研究員為論文共同第一作者，東北地理所方軍研究員為論文的通信作者。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)鄒德堂教授和黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院聶守軍研究員也參與了該項(xiàng)工作。本研究得到了中科院A類先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA24020301），國家自然科學(xué)青年基金（31900423），黑龍江省杰出青年基金（JC2017009）以及黑龍江省水稻現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新推廣體系的資助。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514121001100
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