我國科學家揭示陸稻“雙向選擇”進化闡明瞭節水抗旱稻育種_風聞

水稻是最主要的糧食作物之一，對於保障糧食安全發揮了巨大的作用。但水稻生產需要消耗大量的淡水資源，易受乾旱的影響，造成大規模減產，其主要原因是高產導向下培育的水稻品種的抗旱性較差。

近日，上海市農業生物基因中心羅利軍課題組在 Molecular Plant 雜誌上在線發表了題為 Bi-directional selection in upland rice leads to its adaptive differentiation from lowland rice on drought resistance and productivity 的研究論文，揭示了抗旱性—產量“雙向選擇”進化模式在陸稻生態型適應旱作生境中的作用。

根據丁穎（1957）提出的五級分類系統，水稻是基本型，而陸稻則是由水稻為適應環境（土壤水分條件）的變化而產生的變異型。然而，前期的研究表明，陸稻的遺傳多樣性比水稻豐富。

陸稻的原生境

立足於探索水陸稻的適應性分化和抗旱性進化，羅利軍課題組收集了代表我國不同生產區的水陸稻傳統地方品種，進行了系統的研究，取得以下重要進展：

1. 揭示水陸稻存在顯著的遺傳分化，而這種遺傳分化主要是抗旱性的分化。

2. 發現栽培稻的抗旱性與產量之間存在廣泛的 tradeoff，即陸稻抗旱性強但產量性狀往往較差，兩者呈負相關，其原因是由抗旱基因的“一因多效”或高產與抗旱基因之間的連鎖所導致。這種 tradeoff 的遺傳機制，廣泛分佈在栽培稻的基因組上，影響了抗旱性在陸稻中的進化。

3. 發現在水稻、陸稻適應性分化的區域，水稻中呈現定向（以產量為主）選擇而在陸稻中呈現雙向（兼顧抗旱和產量）選擇。在陸稻的馴化過程中，有利抗旱的等位基因在乾旱嚴重的世代受到選擇，而有利於高產的等位基因在降雨充沛的世代受到選擇，呈現出平衡選擇效應。在這樣的產量—抗旱性的雙向選擇下，較高的遺傳多樣性以及許多有利於乾旱適應的基因資源就在陸稻中被保留了下來，與水稻形成適應性分化。這種人類馴化中的雙向選擇模式在作物中的報道目前並不多見，但卻具有很重要的意義。節水抗旱稻正是借鑑並強化陸稻馴化中的抗旱—產量雙向選擇模式，聚合了陸稻的抗旱性與水稻高產優質特性。

節水抗旱稻對比種植實驗

4. 發現在抗旱基因與產量基因連鎖區域會出現一些陸稻特有的、稀有重組類型（例如耐旱基因DCA1與產量相關基因OsCesA7）。這種特有的重組類型有助於打破抗旱性—產量之間的負相關，使植株兼具高產與抗旱性。當然，仍需要在育種實踐中驗證產量—抗旱基因的重組對打破抗旱性—產量負相關的作用，某些關鍵重組事件或許能成為水稻抗旱育種的一類有效分子標記。

綜上所述，該研究豐富了水陸稻遺傳分化理論，在應用上對於節水抗旱性品種的選育具有重要的指導作用。

陸稻中的雙向選擇與水稻中的定向選擇導致陸稻和水稻抗旱性與產量的差異

羅利軍課題組長期致力於水稻的節水抗旱研究，提出了發展節水抗旱稻的策略與方法，通過引進陸（旱）稻的抗旱性，育成的一系列節水抗旱稻在生產上大面積推廣。成功的育種實踐表明，陸（旱）稻品種資源中藴藏着豐富的抗旱基因資源。

該論文的第一第一作者為上海市農業生物基因中心夏輝博士，通訊作者為羅利軍研究員。

來源：http://www.sagc.org.cn/picNews/2990.jhtml