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2021年10月6日，江苏里下河地区农业科学研究所李爱宏团队联合中国农业科学院植物保护所宁约瑟团队、扬州大学杨泽峰团队在基因组学领域国际权威期刊Genome Biology发表了题为“Genomic insight into balancing high yield, good quality, and blast resistance of japonica rice”的研究论文，该研究收集了我国江苏省、浙江省和山东省等地大面积推广的198份粳稻品种并进行基因组重测序分析，解析了华中地区优良粳稻品种的基因组信息和优势基因位点的遗传学规律。并以此为基础，通过基因组设计育种策略创制了高产、优质和抗病性状聚合的水稻优良品系。水稻是最重要的粮食作物之一，是全球约50%人口的主粮。现代农业生产面临人口持续增长、消费结构升级等诸多问题，提高产量和改善稻米品质是满足人民日益增长的美好生活需要的重要保障。稻瘟菌侵染水稻引起的稻瘟病是影响我国水稻生产最严重的真菌病害，全球气候变化以及极端气候的频发加剧了稻瘟病的发生，严重影响粮食安全。培育抗病品种是稻瘟病防控最为经济、有效和环保的策略。因此，培育高产优质稻瘟病抗病品种对保障粮食生产、人民需求和安全生产具有重大意义。产量、品质和稻瘟病抗性是由多基因控制的复杂性状，具有模块化特性，育种实践中在强化某个性状选择的同时往往会导致其它性状分子模块的丢失，造成品种“高产不抗病”、“优质不高产”的现象普遍存在。因此，如何实现高产优质抗病多性状聚合是分子设计育种亟待解决的关键科学问题。华中地区是我国最重要的粳稻主产区之一，年粳稻种植面积近300万公顷，对保障我国粮食安全具有重要意义。然而该区域品种选育的遗传改良规律和有利基因型的利用规律尚不明确。本研究收集了近30年来在江苏、浙江、山东等地大面积推广应用的198份粳稻品种并对其进行重测序分析，首次通过全基因组选择印迹分析和关键性状基因定位解析了华中地区粳稻品种产量、品质和稻瘟病抗性三个主要性状的基因组学基础和遗传规律。基因组水平分析表明千粒重、每穗粒数等关键基因的强化选择是促进该区域粳稻品种产量提高的重要遗传基础。与此同时，本研究发现近十年选育的高产水稻品种稻米的直连淀粉含量呈现显著下降，稻瘟病抗性水平表现降低的趋势，表明稻米品质和抗稻瘟病性状存在显著的负相关。通过全基因组连锁图谱构建，发现第6染色体Piz基因座感病等位基因连锁（Hap1类型）是制约品种产量品质抗病平衡的关键位点（图1）。以此为基础，本研究利用基因组设计育种策略，通过核心亲本选择和关键基因累赘连锁打破，最终实现了高产优质抗病新品系的创制（图2）。综上所述，该研究系统挖掘了华中地区粳稻品种改良的育种选择印记，解析了产量品质抗病关键基因在品种选育过程中的遗传学规律，为实现水稻高产优质抗病品种的选育提供了重要理论指导和基因资源。该研究还表明，综合利用基因组学技术手段，解析现代品种改良规律和关键基因/等位基因利用，是实现精准、高效分子设计育种的有效方法，该研究不仅为水稻品种改良奠定了基因组学和遗传学基础， 也为玉米、小麦等粮食作物遗传改良规律解析以及设计育种从理论走向实践应用等提供了理论和技术支撑。
江苏里下河地区农业科学研究所肖宁博士为该论文的第一作者，潘存红博士、李育红博士为论文共同第一作者，江苏里下河地区农业科学研究所李爱宏研究员、中国农业科学院植物保护研究所宁约瑟研究员和扬州大学农学院杨泽峰教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、植物病虫害生物学国家重点实验室开放课题、江苏省农业科技自主创新基金和江苏省农业重大新品种创制等项目资助。
江苏里下河地区农业科学研究所长期从事水稻遗传育种工作，通过关键核心种质创制和高效分子育种技术研发，先后育成优质、高产、抗病水稻新品种73个，获品种权36件，先后承担国家、部、省重大科研项目70多项，获国家科技进步一、二、三等奖各1项，省（部）一等奖2项、二等奖11项，获得相关授权专利15件，相关研究成果在Genome Biology 、Plant Physiology、Genomics Proteomics and Bioinformatics、Rice、Rice Science、中国农业科学等国内外权威期刊发表论文40余篇。
Genome Biology
doi:10.1186/s13059-021-02488-8
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