“海稻86”为何不怕咸？ 测序技术锁定水稻关键耐盐基因

 

　　近日，中科院西双版纳热带植物园热带稻种保护与遗传改良研究组吴锋玲等，成功定位到“海稻86”耐盐相关基因。这一新的重要成果，对解析水稻耐盐机理，以及我国新的优质耐盐水稻品种的选育具有重要意义。

 

　　改善水稻的耐盐性很重要

 

　　在全球范围内，至少有6％的土地受到盐分的影响，而浓度为50毫摩尔/升的盐水，会使众多水稻品种的产量减少一半。因此，努力提升水稻的耐盐性，可有效增加边际盐碱土地的利用率，并提高作物的产量，这对保障粮食安全、增加土地产出和减少贫困都至关重要。

 

　　此前的调查研究结果表明，水稻在幼苗、生殖和2—3叶期最容易受到盐胁迫的影响。盐度的高低，会在渗透胁迫、离子毒性和氧化胁迫3个阶段影响水稻生长。在精英种质资源中鉴定耐盐数量性状基因座或相关基因并将其应用于培育新的耐盐品种具有巨大的价值。

 

　　近年来，由袁隆平院士领衔的青岛海水稻研究发展中心致力于“海水稻”研发，利用基因测序技术，筛选出天然抗盐、抗碱、抗病基因，通过常规育种、杂交与分子标记辅助育种技术，计划在3年内选育出可供产业化推广、每亩单产300公斤以上的耐盐水稻品种。目前发展中心已经取得阶段性成果，2016年试验种植中突破亩产500公斤，2017年在使用含盐量0.6%咸水灌溉的实验田，小面积测产最高每亩单产达到621公斤。2018年筛选出176份优良材料在全国5大典型盐碱地试种。

 

　　51个基因座与盐胁迫相关

 

　　水稻大都指淡水稻。海稻不是新品种而是与水稻、旱稻并列的稻类。

 

　　1986年，我国农业科研人员陈日胜在罗文烈教授带领下，在广东省湛江市普查红树林资源时，在燕巢村海边发现一株比人还高、看似芦苇但结着穗的稻子。在罗文烈教授叮嘱下，陈日胜收下522粒种子，通过30多年的繁育，将这种海水稻种子延续至今，并将其命名为“海稻86”。

 

　　在此期间，陈日胜等人曾对在正常和高盐度条件下生长的“海稻86”进行转录组分析，并鉴定了大量盐诱导的差异表达基因，他们将这些基因分为五肽重复序列家族、过氧化物酶基因、消化道基因、多抗菌挤压蛋白家族基因、谷胱甘肽S-转移酶基因。“通过在不同盐浓度下生长的‘海稻86’的各种性状的全基因组相关分析，此前的研究发现了与盐胁迫显著相关的51个基因座。”吴锋玲说。

 

　　“海稻86”虽已被证明具有很强的耐盐碱、耐淹和耐贫瘠土地生长的能力，但人们对这种宝贵资源的认识和研究还不足，对其耐盐性机理也不清楚，更没有数量性状基因座图谱或对其耐盐性机理的分析报道。

 

　　分子标记定位出与耐盐性高度关联的基因座

 

　　吴锋玲和徐鹏研究员、余迪求研究员等人在此次最新研究中发现，在盐土环境条件下，耐盐种质资源“海稻86”在幼苗期就表现出比普通水稻品种更高的耐盐性，遗传分析结果显示对盐敏感为显性。

 

　　他们利用“海稻86”为供体亲本，云南粳型水稻品种“滇粳优1号”为受体亲本，构建了F2群体并进行分离群体分组分析法测序分析，在1号染色体上确定了一个2.78Mb的区域作为候选区域。为了进一步缩小候选区域范围，他们还利用分子标记进行数量性状基因座定位，最终获得了一个对表型贡献率超过60%的主效数量性状基因座，并将其命名为qST1.1。研究组进一步培育片段替换系和渗入系，通过表型证实qST1.1确实与“海稻86”的耐盐性有关，而且具有较高的产量和品质。

 

　　这一新发现，为我国选择耐盐水稻品种提供了一种新的有效途径，将有助于水稻耐盐机理的解析和利用分子选育优质耐盐水稻品种。相关研究结果近期发表在国际分子多样性保护组织旗下的《农艺学》期刊上。