水稻主栽品种中控制籽粒形成的主效位点间遗传互作的基因组学分析

Rice is one of the most important crops in China, which makes a key role in food security. The rich allelic diversity in rice varieties is the basis of modern breeding. Efficient identification of allelic variation in these rice varieties and system dissection of the interaction network of these causal genes will serve to molecular design breeding in rice. However, this approach is still very challenging. In this proposal, we planned to use ~800 elite rice varieties and four recombinant populations. Genomics and statistical genetics will be used to mine the major genes for grain development and analyze the interaction network of the genes. Computation modeling can be developed for these traits. With the information, we hope to accurately predict the performance of the grain yield and grain quality traits and design ideal allelic combinations in breeding.

水稻是我国最主要的粮食作物之一，对我国的粮食安全发挥重要作用。水稻丰富的品种材料资源及等位基因变异是当前育种改良的基础。如何高效挖掘这些品种材料中产量性状相关位点的等位基因变异，并系统解析这些重要基因间的遗传网络关系，以更好地为水稻分子设计育种服务，培育出更加高产、优质的水稻新品种，是非常重要也极具挑战性的研究课题。本研究计划中，我们拟以800份高产常规稻和四套人工群体为材料基础，借助基因组学的技术手段和统计遗传学的方法，系统鉴定水稻控制籽粒性状的优良等位基因，分析水稻籽粒形成位点间的遗传互作，并尝试对籽粒形成性状进行基因组建模。通过这些信息，有希望利用基因组上的等位基因变异信息分析预测品种的产量潜力和品质指标，设计出育种中理想的基因型组合。

水稻籽粒性状遗传变异丰富，前期研究已经发掘了大量基因位点，但是重要基因的等位遗传变异和基因间的遗传网络关系仍不清楚。本项目收集了一千余份水稻材料并进行全基因组测序分析，根据基因组序列多态变异挑选了66份代表性的栽培稻和野生稻材料进行从头测序和组装，构建了水稻的泛基因组图谱，全面解析了水稻籽粒相关基因的遗传变异。进一步挑选代表性水稻主栽品种构建了 17 套遗传群体，包含 10074 份水稻株系，遗传分析发现了14 个控制籽粒产量杂种优势的基因位点，并明确了基因间的互作关系。利用等位基因变异信息对品种的粒型、垩白等性状进行了表型预测，并通过分子筛选从籼粳交组合后代中获得了较理想的育种中间材料。相关研究结果发表在Nature、Nature Genetics、Molecular Plant等期刊上，完成目标任务。