水稻同源四倍体基因组重测序揭示其丰富的变异和巨大的育种潜力——成都生物所等利用水稻同源四倍体回复突变成功培育商业化水稻新品种

　　

水稻四倍体作为一种新种质，一直以来被水稻育种界所关注。相较于常规二倍体水稻，同源四倍体水稻具有株型强壮、千粒重大、营养成分丰富、抗性强、遗传变异丰富等特点。但同源四倍体水稻育性普遍偏低，限制了其育种应用与推广。近年来，为解决同源四倍体水稻育性偏低的瓶颈问题，一些高育性四倍体水稻材料被选育出来，如中国科学院成都生物研究所培育的高育性四倍体水稻恢复系、湖北大学选育的多倍体减数分裂稳定系（PMeS）、华南农业大学选育的新型四倍体水稻（Neo-tetraploid），创制了有一系列育种价值的四倍体水稻新种质。另一方面，不同研究团队利用传统育种方法与现代生物技术在四倍体水稻杂种优势利用系统研发方面也取得了很好进展，如成都生物研究所水稻组选育出了四倍体水稻不育系、保持系与恢复系，并首次在四倍体水稻中实现了三系法配套（链接）。随后，其他单位开发了四倍体水稻光温敏雄性不育性（PTGMS）和温敏不育性（TGMS），为四倍体水稻两系法杂种优势利用奠定了材料基础。

尽管四倍体水稻在杂交优势利用系统与材料开发方面取得了很好的进展，但至今还没有直接利用四倍体水稻育成的商业化品种。多倍体水稻及其回复二倍体表型变异丰富，杂种优势明显，具有巨大的育种价值。近期，中国科学院成都生物研究所农业品种与技术国际合作创新团队水稻研究组与武汉多倍体生物科技有限公司、湖北大学等单位合作，在海天二倍体（HT2）人工加倍染色体培育出海天四倍体（HT4）（参考文献：栾丽,龙文波,王兴,陈英,邱琳,涂升斌等.(2009).秋水仙素诱导水稻幼穗愈伤组织创制同源四倍体种质的研究.四川大学学报：自然科学，46(3),829-837）和利用HT4自交回复突变后代培育优良回复二倍体（HTRM2）的基础上，利用自交回复二倍体与Y58S两系不育系组配出优良两系杂交水稻新品种—Y两优多回14（HTRM12），该新品种近期通过国家品种审定和海南省品种审定，这为四倍体水稻育种利用提供了一条新途径。

成都生物所等研究团队进一步对HT2、HT4、HTRM2、HTRM12材料进行了农艺性状调查比较、基因组重测序和全基因组SNP、InDel、CNV变异分析。结果显示，HT4和HTRM2相较于原始二倍体HT2表现出丰富的表型变异和基因变异，并且HTRM2能遗传HT4的一些重要农艺性状和遗传变异，表明四倍体与回复二倍体水稻在创制优异育种材料和培育突破性品种上具有巨大潜力。该研究不仅验证了四倍体水稻可作为变异载体用于创造新变异和新材料，而且为四倍体水稻研究与育种利用提供了基因组信息、新材料和新方法。

上述研究成果以“Genome Resequencing for Autotetraploid Rice and Its Closest Relatives Reveals Abundant Variation and High Potential in Rice Breeding”为题于2024年8月在线发表于《International Journal of Molecular Sciences》期刊（中国科学院二区；JIF Q1区）。湖北大学张亚春博士、中国科学院成都生物研究所杜安平助理研究员为共同第一作者，中国科学院成都生物研究所涂升斌副研究员、湖北大学何玉池教授为共同通讯作者。本研究得到了中国科学院国际科学组织（ANSO）项目（ANSO-PA-2023-09）、四川省科技厅项目（2023YFH0019, 2021YFH0052）、中国科学院国际合作局“一带一路”国际伙伴计划项目（151751KYSB20180006）、作物特色资源创制及应用四川省重点实验室（myzdsys23-01）、西南作物基因资源发掘与利用重点实验室开放课题项目（SKL-KF202312）等项目支持。

原文链接：https://www.mdpi.com/1422-0067/25/16/9012。

图1 两系杂交水稻新品种—Y两优多回14（HTRM12）的田间农艺性状表现

图2 Y两优多回14通过国家和海南省新品种审定

图3 HT2、HT4、HTRM2、HTRM12材料的农艺性状分析与基因组变异分析