突破| 基因组所联合发现水稻产量和氮效率利用新基因

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称“基因组所”）联合中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室在国际植物科学Top期刊《Plant Biotechnology Journal》 期刊上发表了题为“The SEEDLING BIOMASS 1 allele from indica rice enhances yield performance under low-nitrogen environments”的研究论文。

上世纪的矮化育种与杂种优势利用使我国水稻单产实现了两次大幅度的提升。但由于种植面积的不断减少，化肥的过量投入，导致产量增加与资源消耗、环境污染的之间的新矛盾日益突出，迫切需要进一步挖掘水稻高产潜力。因此，如何有效筛选、鉴定水稻养分高效的主效基因和新种质，是通过分子设计定向选育超级稻品种的必要途径，也是解决当前矛盾的关键。

钱前院士团队在遗传材料构建和基因克隆方向上近年取得系列进展。早期构建和解析了超级稻两优培九亲本93-11/PA64s衍生的重组自交系群体的产量遗传基础（Gao et al. 2013, PNAS）。构建并对“9311、日本晴和培矮64s”之间的导入系进行了大规模群体测序精准鉴定了代换系片段基因组信息（Zhang et al. 2019, Rice），往下基于重组自交系群体和代换系群体，进一步系统地挖掘和解析了氮高效新基因OsNR2（Gao et al. 2019，Nature Communications）、低镉基因OsHMA3（Liu et al. 2020，Journal of Integrative Plant Biology）、高产新基因TGW2（Ruan et al. 2020，New Phytologist）及其功能和机制，克隆了Sd1的伴侣新基因HTD1解析了华占高产的遗传基础（Wang et al. 2020，Molecular Plant）。本次又新克隆了高产和氮肥利用效率的新基因SBM1（Xu et al. 2021，Plant Biotechnology Journal）。

在本研究中该团队利用93-11/PA64s衍生的重组自交系群体及日本晴/Kasalath衍生的近等基因系克隆了一个位于水稻第1染色体上的调控水稻生物量的主效QTL qSBM1。基因互补、敲除和过表达等基因功能验证实验表明SBM1负调控水稻株高、穗粒数、生物量和产量。通过对多样性水稻种质材料的序列和表型分析，发现SBM1在不同水稻亚群间呈显著的籼粳分化，SBM1^Kasalath单倍型为最有利单倍型，能够在低氮下表现较高的氮肥利用效率和谷粒产量，并且在水稻育种改良过程中受到选择，具备明显的育种应用潜力。此外，还发现SBM1能够与丝裂原活化蛋白激酶OsMPK6互作，并通过基因编辑技术证明了两者对生物量和穗粒数起共调控的作用。这项研究为培育具较高产量潜力和氮肥利用效率的环境友好型水稻品种提供了优异等位基因和理论依据。

本研究论文中国水稻研究所的博士后徐静、基因组所的商连光副研究员以及水稻所博士生王佳佳为该文共同第一作者，钱前院士和张光恒研究员为共同通讯作者。基因组所博士后贺慧英和硕士生张超也参与了部分工作。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13642