5月9日,國際知名學術期刊《Frontiers in Plant Science》在線發表了山東省農業科學院濕地農業與生態所水稻分子設計育種團隊題為“Development and application of intragenic markers for 14 nitrogen-use efficiency genes in rice (Oryza sativa L.)”的論文。該研究針對水稻中14個氮利用效率基因進行了單倍型分析和標記開發,并對77份種質材料和71份審定的粳稻品種進行了等位基因評價,為后續的粳稻品種改良提供了高效的分子標記輔助選擇體系。濕地農業與生態所李平波博士為第一作者,姚方印研究員為通訊作者。
水稻是世界的主要糧食作物之一。近年來,過度地施加氮肥不但難以繼續提高水稻的產量,而且對環境帶來極大的危害。因而,培育并推廣氮利用效率高的水稻品種可以在保障產量的基礎上減少氮肥的使用,從而實現農業的可持續性發展。亞洲栽培稻有兩個主要的亞種,即秈稻和粳稻。眾所周知,粳稻的氮利用效率遠遠低于秈稻,因而在粳稻的種植過程中,需要大量的施用氮肥才能保障最終的產量。截至到目前,科學家從水稻的基因組中克隆到了14個氮利用效率相關的基因。利用這些基因對粳稻進行遺傳改良,培育出氮利用效率高的粳稻品種,可以為粳稻的綠色栽培提供寶貴的材料基礎。
為了構建14個氮利用效率基因的分子標記輔助選擇體系,文章基于水稻已經發布的36份具有參考基因組的栽培稻種質材料,提取了14個基因的基因組全長并進行了單倍型劃分,然后針對優勢單倍型攜帶的功能變異或特有變異開發了分子標記。利用開發的分子標記,文章分析了額外的41份種質材料和71份審定的北方粳稻品種的等位基因,從而揭示了秈稻和粳稻氮利用效率差異的基因基礎。本研究中評價的種質材料和開發的分子標記為后續的粳稻遺傳改良奠定了堅實的基礎。