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“海稻86”為何不怕咸? 測序技術鎖定水稻關鍵耐鹽基因

   日期:2020-04-23     來源:科技日報    瀏覽:629    
   土壤中鹽的脅迫嚴重影響水稻的生長發育,并降低其產量。因此,如何利用數量性狀基因座和連鎖標記開發耐鹽和高產水稻,是分子育種的關鍵選項。
 
  近日,中科院西雙版納熱帶植物園熱帶稻種保護與遺傳改良研究組吳鋒玲等,成功定位到“海稻86”耐鹽相關基因。這一新的重要成果,對解析水稻耐鹽機理,以及我國新的優質耐鹽水稻品種的選育具有重要意義。
 
  改善水稻的耐鹽性很重要
 
  在全球范圍內,至少有6%的土地受到鹽分的影響,而濃度為50毫摩爾/升的鹽水,會使眾多水稻品種的產量減少一半。因此,努力提升水稻的耐鹽性,可有效增加邊際鹽堿土地的利用率,并提高作物的產量,這對保障糧食安全、增加土地產出和減少貧困都至關重要。
 
  此前的調查研究結果表明,水稻在幼苗、生殖和2—3葉期最容易受到鹽脅迫的影響。鹽度的高低,會在滲透脅迫、離子毒性和氧化脅迫3個階段影響水稻生長。在精英種質資源中鑒定耐鹽數量性狀基因座或相關基因并將其應用于培育新的耐鹽品種具有巨大的價值。
 
  近年來,由袁隆平院士領銜的青島海水稻研究發展中心致力于“海水稻”研發,利用基因測序技術,篩選出天然抗鹽、抗堿、抗病基因,通過常規育種、雜交與分子標記輔助育種技術,計劃在3年內選育出可供產業化推廣、每畝單產300公斤以上的耐鹽水稻品種。目前發展中心已經取得階段性成果,2016年試驗種植中突破畝產500公斤,2017年在使用含鹽量0.6%咸水灌溉的實驗田,小面積測產最高每畝單產達到621公斤。2018年篩選出176份優良材料在全國5大典型鹽堿地試種。
 
  51個基因座與鹽脅迫相關
 
  水稻大都指淡水稻。海稻不是新品種而是與水稻、旱稻并列的稻類。
 
  1986年,我國農業科研人員陳日勝在羅文烈教授帶領下,在廣東省湛江市普查紅樹林資源時,在燕巢村海邊發現一株比人還高、看似蘆葦但結著穗的稻子。在羅文烈教授叮囑下,陳日勝收下522粒種子,通過30多年的繁育,將這種海水稻種子延續至今,并將其命名為“海稻86”。
 
  在此期間,陳日勝等人曾對在正常和高鹽度條件下生長的“海稻86”進行轉錄組分析,并鑒定了大量鹽誘導的差異表達基因,他們將這些基因分為五肽重復序列家族、過氧化物酶基因、消化道基因、多抗菌擠壓蛋白家族基因、谷胱甘肽S-轉移酶基因。“通過在不同鹽濃度下生長的‘海稻86’的各種性狀的全基因組相關分析,此前的研究發現了與鹽脅迫顯著相關的51個基因座。”吳鋒玲說。
 
  “海稻86”雖已被證明具有很強的耐鹽堿、耐淹和耐貧瘠土地生長的能力,但人們對這種寶貴資源的認識和研究還不足,對其耐鹽性機理也不清楚,更沒有數量性狀基因座圖譜或對其耐鹽性機理的分析報道。
 
  分子標記定位出與耐鹽性高度關聯的基因座
 
  吳鋒玲和徐鵬研究員、余迪求研究員等人在此次最新研究中發現,在鹽土環境條件下,耐鹽種質資源“海稻86”在幼苗期就表現出比普通水稻品種更高的耐鹽性,遺傳分析結果顯示對鹽敏感為顯性。
 
  他們利用“海稻86”為供體親本,云南粳型水稻品種“滇粳優1號”為受體親本,構建了F2群體并進行分離群體分組分析法測序分析,在1號染色體上確定了一個2.78Mb的區域作為候選區域。為了進一步縮小候選區域范圍,他們還利用分子標記進行數量性狀基因座定位,最終獲得了一個對表型貢獻率超過60%的主效數量性狀基因座,并將其命名為qST1.1。研究組進一步培育片段替換系和滲入系,通過表型證實qST1.1確實與“海稻86”的耐鹽性有關,而且具有較高的產量和品質。
 
  這一新發現,為我國選擇耐鹽水稻品種提供了一種新的有效途徑,將有助于水稻耐鹽機理的解析和利用分子選育優質耐鹽水稻品種。相關研究結果近期發表在國際分子多樣性保護組織旗下的《農藝學》期刊上。
 
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