MP | 上海市农业科学院院基因中心提出陆稻起源新见解

陆稻具有水稻可持续栽培的许多绿色特性（例如抗旱性、硝酸盐的利用效率、良好的直播能力等），因此是水稻育种的重要种质。但陆稻的起源和进化及其绿色遗传资源仍然是个谜。

近日，上海市农业科学院基因中心团队在 Molecular Plant (IF: 21.949) 在线发表了题为“Integrated phenotypic, phylogenomic and evolutionary analyses indicate the earlier domestication of Geng upland rice in China”的研究论文，通过整合表型分析、群体遗传研究和进行分析，首次提出“在中国陆稻先于水稻更早从野生稻中驯化而来”的观点。

本研究收集了来自全球的 512 个水稻品种，并进行全基因组重测序。

结果显示，中国的陆稻和水稻品种存在显著的遗传分化，在深根比例、中胚轴长度、抗旱性等表型特征上存在显著的差异（图 B-C）。

在 PCA、聚类分析和种群结构分析结果中，中国的陆稻和水稻形成了 2 个明显的聚类群。同时，在陆稻和水稻之间没有明显的基因流动的情况下，陆稻具有更高的遗传多样性且大量陆稻特有 SNP 位点在野生稻中存在（图 D）。

进一步分析显示，几个已知的关键驯化基因在陆稻和水稻中并无明显差异，表明陆稻和水稻的分化发生在水稻从野生稻驯化之后。

应用 fastsimcoal2 和 SMC++ 分析，结果都表明陆稻是从普通野生稻中驯化而来的，而水稻是从陆稻起源的（图 I）。两者的分化发生在约 2100 年前，其时为我国周朝，恰是农业技术和水利工程大发展的一个时期。

最后，对具有功能特征的 220 个高度分化基因进行了单倍型分析。结果显示，与水稻相比，陆稻每个基因具有更多的单倍型。并且 31.8% 的陆稻特异性单倍型可以在野生稻中检测到，而只有 13.9% 的水稻特异性单倍型可以在野生稻中发现，进一步表明陆稻先于水稻被驯化的可能。

陆稻和水稻在氮素利用效率上存在明显差异。分析显示，4 个氮素利用相关基因在陆稻中具有更多的遗传多样性；野生稻硝酸盐相关基因 NPF4.5 和铵相关基因 OsPTR9 仅存在于陆稻中。以上结果也与陆稻因适应干旱环境而从水稻中分化出来相悖。

综上，本研究提出：在中国陆稻先于水稻更早从野生稻中驯化而来。

在水稻高产选育过程中导致了遗传多样性的巨大损失。幸运的是，本研究显示陆稻在绿色性状上保留了更高的遗传多样性。因此在开发“绿色超级稻”和“节水抗旱稻”等方向要更加重视利用陆稻丰富的绿色基因资源。

上海市农业科学院基因中心与华中农业大学联合培养博士研究生罗志、夏辉副研究员、中国农业科学院农业基因组研究所鲍志贵为并列第一作者，夏辉副研究员、上海市农业生物基因中心首席科学家罗利军研究员为共同通讯作者。

欧易生物在本研究中承担了基因组重测序及部分分析工作，欧易生物信息分析工程师张婷同为文章作者。

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排版人：小久

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