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    劉耀光院士團隊揭示雜交稻超親晚熟的主要遺傳基礎

    來源單位及審核人:生命科學學院 王海洪編輯:李彥華審核發布:曾子焉 發布時間:2024-03-27瀏覽次數:12

      3月26日,我校亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室、生命科學學院劉耀光院士團隊,郭晶心研究員課題組在Plant Journal發表了題為Dominance complementation of parental heading date alleles of Hd1, Ghd7, DTH8, and PRR37 confers transgressive late maturation in hybrid rice的研究論文。論文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。

      抽穗期是水稻重要的農藝性狀,不同種植地域和季節要求水稻品種具有不同的抽穗期,以最大限度利用當地的光溫資源最終獲得穩產高產。抽穗期主要由3個特性決定:基本營養生長性、感光性和感溫性。感光性是決定水稻抽穗期的主要因素,它是指水稻在長日和短日下的抽穗期差異,差異越大,品種的感光性越強。古老的水稻具有強感光性,長日不抽穗,短日才開花結實。經過長期的人工選擇和馴化,現代品種的感光性弱。然而在雜交稻生產中,常遇到親本不感光,雜種F1短日正常抽穗,但長日超親晚熟的現象。

      然而,超親晚熟的感光型雜交稻卻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。由于超親晚熟的遺傳基礎尚未明確,因此缺乏有效的親本選配方法定向培育不同感光特性的雜交稻。

      研究以我校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了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。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。論文發現,恢復系主要攜帶Ghd7PRR37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,與其組配的雜交稻大概率聚合親本功能型Hd1、Ghd7、DTH8PRR37,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(如圖1所示)。

      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確定或者改良親本這四個基因的功能類型,從而配制不同感光特性的雜交稻。

      論文附表7和附表8提供了研究所用到的不育系和恢復系的四基因單倍型(同時提供了中文品種名),供育種工作者參考(如圖2所示).

    圖1 親本Hd1、Ghd7、DTH8PRR37基因型的鑒定、基因型改良方法及雜交稻感光特性預測

      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(例如在華南稻作區,在6月中旬仍不能抽穗的為感光品種)。不感光的品種統稱為感溫品種,可在長短日照條件種植(如在華南稻作區,感溫品種的抽穗期在6月,成熟期為7月初,不影響晚季種植)。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,定向培育特定感光性的雜交稻。Hd1 DTH8型不育系(HgDp)和Ghd7 DTH8 PRR37型恢復系(hGDP)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。

    圖2 研究所用到的部分不育系Hd1、Ghd7、DTH8PRR37基因型的鑒定(詳見論文附表7和附表8)

      我校博士后宗伍輩為第一作者,郭晶心研究員和劉耀光院士為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金創新研究群體項目、國家自然科學基金面上項目、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、嶺南現代農業實驗室項目、廣東省農業科技創新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目和中國博士后基金等項目的資助。國家植物航天育種工程技術研究中心提供了寧優1179系列材料。

      相關文章信息: http://doi.org/10.1111/tpj.16732


    文圖/生命科學學院

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