东北水稻基因组籼粳组成对产量和品质影响机理

Indica and japonica rice were two subspecies of the Asian cultivated rice, which have highly divergent genomes, significant differences in morphological and physiological characteristics. It is very important that research hybridization between indica and japonica rice because the cross between indica an Japonica rice can produce abundant genetic variation, contains great high-yield potential. It could be found the mixed blood from indica rice and japonica rice in the most varieties of our country since 80s of last century from pedigree analysis. It remains uncertain which good genomic regions or genes from another subspecies were used in the breeding process and how the improved economic traits were changed through the interaction of the genetic background, genome regions and genes. This project aims to analyze the indica japonica genome composition, correlation gene and its effect on the yield and quality in the hybrids progenies or the varieties from the cross between indica and japonica rice through making full use of the new theory and technology in genomics, high-throughput sequencing, gene chip, mechanism regulated the genetic traits related the yield and quality, cloning and functional analysis of genes related the yield and quality, from the angle of definition, quantification, analysis the blood of indica and japonica, provide molecular genetic basis and breeding guidance for further optimization of rice genome combined the blood of indica and japonica subspecies, accelerate the gene recombination and polymerization in the Northern China especially in the Northeast China.

籼稻和粳稻是亚洲栽培稻的两个亚种，基因组存在着高度的遗传分化，形态生理特性也有显著差异，籼粳杂交后代可以产生丰富变异，蕴藏着巨大的遗传潜力，籼粳稻杂交一直是水稻遗传育种的重要研究内容。从系谱分析，上世纪80年代以来我国推广的优良品种大多数都带有籼稻和粳稻的混合血缘，育种家还不清楚育种过程中利用了另一亚种的哪些优良基因组区段或基因，与原遗传背景、基因组区段或基因如何互作改良了哪些经济性状。本项目拟充分利用基因组学、高通量测序、基因芯片、产量品质性状遗传调控机制、相关基因克隆与功能分析等理论和技术最新研究成果，从全基因组范围定义、量化、解析籼粳稻血缘角度出发，分析籼粳稻杂交后代和育成品种染色体组籼粳成分、相关基因及其对产量和品质的影响，为北方特别是东北水稻进一步优化基因组籼粳血缘组合，加速亚种间优异基因重组聚合提供分子遗传依据和育种思路指导。

籼粳稻杂交一直是水稻遗传育种的重要研究内容，但水稻基因组籼粳成分如何影响产量和品质还尚未深入研究与探讨。在联合基金的大力资助下，本项目通过生物信息学分析获得了籼粳特异标记信息，并依据该信息通过基因组简化测序与重测序方法，分析了东北品种以及3个重组自交系群体的染色体组籼粳组配及其与产量和品质性状的关系。进一步深入研究了籼粳血缘和生态环境对籼粳杂交后代重要品质构成因素性状支链淀粉链长分布的影响。项目组还研究了直立穗型基因对粳稻血缘群体生产的遗传效果，发现 dep1品种的光分布更加合理，具有更高的冠层温度和更低的湿度。项目组应用典型籼粳杂交育成的粳型超级稻“沈农9816”克隆了倒伏相关基因fc18, 这为下一步的粳稻分子遗传改良提供了重要的研究基础。项目组剖析了我国南方籼稻与北方粳稻的育种特点与规律，并结合半个世纪以来的育种实践，系统的归纳与总结了目前粳稻育种的进步与挑战, 提出了以优化穗部性状和籼型血缘为特色的北方粳稻品质改良理论与技术体系。项目组在杂草稻种质资源创新与新基因发掘等方面进一步拓宽了项目的研究广度、深度与应用价值。对东北杂草稻的籼稻亚种属性、系统进化与遗传演化开展了深入研究，并提出了新的起源与演化假说。同时将杂草稻应用于育种实践，在新遗传材料创制过程中，项目组应用多组学的研究方法剖析了粳型杂草稻耐直播的机制，为提升粳稻适应性与直播稻稻遗传改良打下了坚实的基础。. 项目组发表了第一标注论文11篇，发表了包括1篇大类一区TOP级别封面文章在内的8篇SCI论文，发表了3篇中文核心期刊，顺利完成了研究计划，高质量的成果产出超过任务书中的要求。.综上所述，在联合基金的大力支持下，项目组以沈阳农业大学为依托单位正逐步实现粳稻育种从经验化向信息化与分子设计育种的战略转型，卓有成效的解决了北方粳稻产业的共性科学技术问题，起到了示范引领作用。