华中农大熊立仲团队解析水稻抗倒伏和产量的遗传关系，助力后绿色革命时代的水稻育种

来源：BioArt植物

在绿色革命以后，水稻产量的提升需要较大的株高，伴随着大穗品种的种植以及较高的栽培密度和大量的化肥施用，使得水稻变得易倒伏，严重影响水稻产量。水稻抗倒伏的遗传基础是什么？抗倒伏能力与产量之间存在怎样的遗传关系？如何培育出抗倒伏且产量高的水稻品种？

11月7日，华中农业大学熊立仲教授团队在Plant Biotechnology Journal发表了题为Genetic analyses of lodging resistance and yield provide insights into post-Green-Revolution breeding in rice的研究论文，解析了解析水稻抗倒伏和产量的遗传关系，为“后绿色革命”时代水稻育种提供了新的思路。该研究首先利用全基因组重测序的524份水稻材料开展了两年倒伏相关的表型鉴定工作，发现不同水稻材料的抗倒伏能力存在较大差异。随后针对17个倒伏相关性状开展了全基因组关联分析（图1），并提出中等效应的单倍型/等位基因在解决表型间trade-off方面的应用价值。此外，该研究还开展了连锁分析和群体分化分析。

图1. Phenotyping of lodging resistance (LR) related traits in the association mapping population

该研究显示，茎秆抗折力与穗重呈显著正相关，与穗数呈显著负相关。这一结果暗示提高茎秆抗折力的同时可能伴随着产量下降，事实上一些抗倒伏育种试验已经遇到此类问题【1】。为了解决这一问题，该研究利用covariate-GWAS的方法解析茎秆抗折力与产量间的遗传关系，最终鉴定到可以用来提高抗折力和穗重但对穗数没有负效应的遗传位点，这些位点对于培育抗倒且高产的水稻品种具有较大价值。目前作物中大部分GWAS报道是针对单个性状进行分析，系统研究性状间遗传关系的报道不多。该研究利用covariate-GWAS分析性状间的遗传关系，可以促进育种过程中优良性状的聚合，减少不良性状的累赘。

对于复杂性状，GWAS的检测力是有限的，此前该课题组发现图像性状的发掘可以提高GWAS检测力【2】。该研究显示，covariate-GWAS也可以提高GWAS检测力，有助于解决“missing heritability”的问题。

该研究对“后绿色革命”时代的育种具有一定的指导意义，同时为开展作物复杂性状的GWAS提供了思路。

郭子龙博士（现工作于福建农林大学）和刘潇（现就读于中科院遗传所）为本文的共同第一作者，华中农业大学熊立仲教授和陈国兴副教授为本文的共同通讯作者。本研究得到国家自然基金、国家重点研发计划的资助。

参考文献

1. Hirano, K., Ordonio, R.L. and Matsuoka, M. (2017) Engineering the lodging resistance mechanism of post-Green Revolution rice to meet future demands. Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and biological sciences 93, 220-233.

2.  Guo, Z., Yang, W., Chang, Y., Ma, X., Tu, H., Xiong, F., Jiang, N., Feng, H., Huang, C., Yang, P., Zhao, H., Chen, G., Liu, H., Luo, L., Hu, H., Liu, Q. and Xiong, L. (2018) Genome-Wide Association Studies of Image Traits Reveal Genetic Architecture of Drought Resistance in Rice. Molecular plant 11, 789-805.