【Mol Plant 】上海市农业生物基因中心提出陆稻起源新观点

陆稻是栽培稻最重要的生态型之一。它适应于旱作农业生境，具有节水抗旱、养分高效、耐直播等绿色遗传资源，是培育节水抗旱稻的重要种质资源。

2022年9月20日，上海市农业生物基因中心研究团队在Molecular Plant上发表了题为“Integrated phenotypic, phylogenomic and evolutionary analyses indicate the earlier domestication of Geng upland rice in China”的论文，结合表型评价、遗传研究与进化生物学分析的结果，首次提出陆稻是由野生稻直接驯化，然后再进入水田形成水稻的新观点。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.09.011

通过对全球400份粳亚种的水稻、陆稻地方种进行基于全基因组SNP的遗传分析，发现来源于中国的陆稻、水稻地理分布相同，但遗传分化水平较高，可以分为两个不同的遗传群体，在中胚轴长度（耐直播特性）、深根比（避旱性）、氨氮吸收利用效率等重要的旱地-水田适应性表型上存在显著差异。群体遗传学分析表明，在水稻-野生稻、陆稻-野生稻间基因流没有显著差异的情况下，陆稻具有较高的遗传多样性；与野生稻共享更多的私有等位基因；与野生稻的遗传关系更近，说明早先提出的“陆稻由水稻进化而来”的观点值得商榷。陆稻可能并非由水稻演化而来，而是从野生稻直接驯化而来。随后，研究团队基于两种不同的统计方案，模拟了我国陆稻与水稻的演化历史，其结果均支持陆稻先于水稻从野生稻中驯化的假设，且水稻开始与陆稻形成分化的时间大约在2100年前，恰值我国农业科技与水利设施大发展的历史时期。

进一步的水-陆分化基因单倍型分析及对陆稻或水稻特有单倍型进行溯源研究发现：有超过31.8%的陆稻特有单倍型无法在水稻中被检测到，但能在野生稻中被检测到；仅有13.9%的水稻特有单倍型无法在陆稻中被检测到。该结果表明陆稻先于水稻驯化的可能性较高。在氮素形态吸收利用率方面，陆稻与水稻主要表现于对氨氮的吸收利用效率存在显著差异。表明水-陆分化是在栽培稻由陆向水过程中形成的，因为水田中氮素主要以NH4+的形态存在。另外，4个与硝氮吸收利用相关的水-陆分化基因在陆稻中的遗传多样性高于或等于其在水稻中的遗传多样性，这也与陆稻因适应旱作硝氮环境由水稻分化而来的假设相悖。基于上述结果，论文提出了“栽培稻的驯化是从陆稻到水稻”的新观点。该研究团队长期从事节水抗旱稻的理论与育种研究，利用陆稻绿色基因资源培育节水抗旱稻，其实是回归了栽培稻的本源。

最后，论文分析了绿色基因资源的起源与进化机制，发现陆稻的绿色遗传资源主要来源于野生稻，在陆稻进化过程中受到的产量-适应性“双向选择”而被被保留了下来；而水稻则在产量为主的“定向选择”中逐渐丢失了许多绿色性状。但由于陆稻产量低，长期得不到重视，陆稻基因资源的利用率仍然较低，陆稻特有或优势单倍型在常规水稻中的频率不到5%。要发展 “绿色超级稻”与“节水抗旱稻”，实现水稻生产“资源节约、环境友好”的绿色转型，必须进一步加强对陆稻绿色基因资源的研究和应用。

该论文的第一作者为上海市农业生物基因中心与华中农业大学联合培养的博士研究生罗志，通讯作者为基因中心首席科学家与上海交通大学客座研究员罗利军老师。该论文获得了国家水稻产业技术体系、国家作物种质资源平台、上海市自然科学基金、上海市科技兴农重点攻关等项目的资助。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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