2023年11月1日，中国农业大学李自超教授团队在Plant Biotechnology Journal上在线发表了题为“Upland rice genomic signatures of adaptation to drought resistance and navigation to molecular design breeding”的研究论文。

旱稻和水稻是在不同水分环境下驯化的两种栽培稻生态型，二者在旱生适应性和抗旱性上存在很大差异。旱稻主要种植于干旱、半干旱的通透性土壤中，具有很强的抗旱性。多年来，李自超教授团队基于优异旱稻种质资源，利用连锁分析、GWAS及表达谱分析等多种技术手段克隆了多个具有重要育种价值的抗旱基因（qRT9、OsLG3、DROT1、RRS1等）。进一步通过水稻和旱稻基因组等比较研究，发掘旱稻抗旱基因，解析水、旱稻基因组的遗传分化，不仅对水、旱稻的遗传改良具有理论和实践意义，而且对植物抗旱性研究也具有一定的指导作用。

论文基于541份种质（包括180份旱稻）连续两年大田条件下的抗旱性鉴定结果，筛选出了25份典型旱稻和31份典型水稻种质，为研究水、旱稻旱生适应性分化和水稻抗旱性育种提供了优异的种质资源。由于目前缺乏典型旱稻基因组，研究者结合三代Pacbio测序，二代Illumina测序及Hi-C技术组装了一个典型旱稻高质量基因组，作为栽培稻基因组资源的有效补充。通过比较基因组学分析，发现启动子和UTR序列的不同造成的基因表达差异和基因家族的扩张可能是水稻和旱稻旱生适应性分化的主要原因之一。同时，利用两份典型旱稻和两份典型水稻构建干旱胁迫下的基因表达谱（图1）。鉴定出了具有水、旱生态型特征的基因表达模式及旱稻特异性基因表达模式。

图 1 水、旱稻叶组织旱胁迫下的基因表达模式

该团队根据基因组、转录组和群体遗传学的证据，发掘了一系列重要抗旱基因，构建了水稻抗旱育种的基因组导航图（图2），为杂交亲本选配、分子标记辅助选择、分子设计育种和基因组选择育种提供明确的靶标。该研究为植物抗旱基因的克隆及其抗旱遗传机制解析提供了重要基因组信息，为培育抗旱性水稻品种或旱稻品种提供了宝贵的遗传资源。

图 2 水稻抗旱育种基因组导航图

中国农业大学李自超教授、福建农林大学海峡联合研究院明瑞光（Ray Ming）教授、河南农业大学李俊周教授为论文的通讯作者。中国农业大学在读博士研究生王玉龙，已毕业博士研究生蒋聪慧（山东省农科院）、中国农科院基因组所张兴坦研究员、河南农业大学严慧敏博士及中国农业大学已毕业博士研究生阴志刚博士为论文共同第一作者。团队张洪亮教授、李金杰副教授、张战营副教授、孙兴明副教授，国际水稻所叶国友研究员、海南省农科院王效宁研究员、山东省农科院谢先芝研究员及贵州大学赵全志教授对该工作进行了指导和帮助。该研究得到国家自然科学基金、三亚崖州湾科技城项目、海南崖州湾种子实验室项目的资助。

图文：张战营

责编：张晨阳