编辑推荐：
为解决水稻品质育种难题，研究人员开展 “Molecular signatures of selection for amylose and protein content in Northeast Asian rice (Oryza sativa L.)” 主题研究。通过对中日韩水稻进行分析，发现不同国家水稻种群结构有差异，确定了相关选择位点。这为水稻育种提供了候选基因，助力满足消费需求 。
在全球范围内，水稻是超过半数人口的主要热量来源，在亚洲，尤其是东北亚地区，它不仅是主食，更承载着深厚的文化内涵。对东北亚的消费者来说，米饭的口感极为重要，低直链淀粉和低蛋白质含量的大米煮出的饭柔软、黏性好，备受青睐。然而，目前水稻品质相关研究仍存在诸多问题。尽管分子生物学和基因组学取得了进展，可直链淀粉和蛋白质含量的完整遗传结构，特别是在亚群体水平上的变异，仍不明确。同时，如何平衡这两种成分以满足口感和营养需求，是水稻育种面临的关键挑战。为了解决这些问题，来自韩国首尔国立大学等机构的研究人员开展了相关研究。这项研究成果发表在《Plant Biotechnology Reports》上，对水稻育种和满足消费者需求意义重大。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，选用包含 16 份中国、25 份日本和 30 份韩国水稻种质的东北亚水稻样本进行种植。然后，使用近红外谷物测试仪测定直链淀粉和蛋白质含量。接着，提取 DNA 并获取二代测序 (NGS) 数据，经筛选后得到高质量核苷酸变异数据用于分析。最后，通过主成分分析 (PCA) 确定种群结构，利用跨群体复合似然比 (XP-CLR) 分析筛选选择信号。
研究结果如下：
- 遗传变异：通过 PCA 分析，将东北亚水稻种质与 3000 份水稻基因组计划 (3K-RG) 的样本对比，发现东北亚水稻种质与温带粳稻亚群聚类紧密。进一步对东北亚水稻种质单独进行 PCA 分析，前两个主成分 (PC1 和 PC2) 分别解释了 22.8% 和 11.8% 的遗传变异，且不同国家的水稻种质呈现出不同程度的聚类，中国、日本和韩国的水稻种质各自聚类，存在一定重叠。
- 表型变异：在直链淀粉含量方面，中国水稻种质含量范围为 14.4% - 18.15%，日本为 12.2% - 19% ，韩国为 15.1% - 18.6%，三国的峰值都在 18% 左右，但中国和日本的分布范围更广，韩国的分布更集中。蛋白质含量上，中国水稻种质范围是 5.95% - 8.9%，日本为 5.65% - 9.85% ，韩国为 5.15% - 7.75%，日本的平均蛋白质含量最低，中国和韩国相近，且中国和日本的分布范围较宽，韩国的分布更窄。
- 选择信号：通过 XP-CLR 分析，在多个染色体上发现了与低直链淀粉和低蛋白质含量选择相关的位点。在低直链淀粉含量选择中，中国、日本和韩国在 3、6、10 和 11 号染色体上有共享的主要峰值；在低蛋白质含量选择中，三国在 4、6 和 10 号染色体的部分区域也有共同检测到的选择信号。此外，还存在一些国家特异性的选择信号，如日本 8 号染色体上靠近 OsAGPS2 的区域，中国 11 号染色体短臂上靠近 OsAAP11 的区域等。
研究结论和讨论部分表明，研究确定的东北亚水稻种群结构，为理解各国水稻育种实践和基因变异提供了依据。不同国家水稻直链淀粉和蛋白质含量的表型差异，反映了各国的育种历史和饮食偏好。研究发现的共享和国家特异性选择位点，尤其是 3、6、10 和 11 号染色体上的位点，是温带粳稻谷物品质改良的关键候选区域，有望成为标记辅助选择和基因组编辑的靶点，对培育符合消费者需求的水稻品种、推动农业可持续发展和保障粮食安全具有重要意义。
