中国农业科学院揭示水稻品种形成特征，打造全球最大水稻育种数据平台

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中国农业科学院揭示水稻品种形成特征，打造全球最大水稻育种数据平台

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中国农业科学院作物科学研究所近期在水稻精准设计育种领域取得重大突破。研究团队针对中国五大稻区的6044份现代水稻品种进行深度全基因组重测序，结合表型数据分析，揭示了不同稻区水稻品种的基因组和表型选择特征。基于此研究，开发了全球最大的水稻资源育种综合数据平台RiceAtlas，为水稻精准设计育种提供了重要数据支撑。

2025年3月13日，中国农业科学院作物科学研究所水稻优异种质资源发掘与创新利用团队联合作物种质资源安全保存与信息化、作物生物信息与大数据团队在Cell Press细胞出版社期刊Molecular Plant发表了题为“Large-scale genomic and phenomic analyses of modern cultivars empower future rice breeding design”的研究论文。该研究针对中国五大稻区的6044份现代水稻品种进行深度全基因组重测序，结合五大稻区19个鉴定点212组表型数据，系统阐明了不同稻区水稻品种基因组和表型选择特征，多维度揭示了不同稻区品种适应性以及人文选择影响。基于以上数据，鉴定到3131个与抽穗期、产量以及逆境响应等关键农艺性状显著相关的QTL，并克隆到水稻粒形调控新基因OsGL3.6。进一步结合已发表数据，完成了近万份水稻资源/品种的高密度变异图谱的构建，并开发在线育种辅助工具，打造了全球最大的水稻资源育种综合数据平台——RiceAtlas (https://www.cgris.net/RiceAtlas)，研究人员利用该平台成功快速改良“绥粳4号”水稻粒形。该研究成果为水稻精准设计育种的智能决策提供重要的理论依据和数据支撑，是继“3K水稻基因组计划”之后，全球水稻种质资源和育种研究的又一巨大飞跃。中国农业科学院作物科学研究所马小定副研究员、博士生王浩、闫燊助理研究员、天津极智基因科技有限公司周川清为该论文共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所韩龙植研究员、方沩研究员、贺强研究员、天津极智基因科技有限公司荆鑫为论文共同通讯作者。中国农业科学院作物科学研究所周文彬研究员、王文生研究员和北京大学陈永明研究员对该研究提供了重要指导和帮助。

研究背景

作为我国60%以上人口的主食，水稻育种对我国粮食安全至关重要。我国每年水稻种植面积超过4亿亩，约占全球种植总面积的18%，贡献了全球28%的水稻产量。从北纬18°延伸至北纬50°，我国水稻种植覆盖了热带、亚热带、暖温带、温带以及寒温带等各类气候区，形成了各具特色的六大水稻种植区。过去的几十年间，针对不同生态区的环境差异和耕作制度需要，水稻育种家通过持续的遗传改良，培育了成千上万个区域适应性优良品种，为水稻产业健康发展做出了突出贡献。随着市场需求升级和育种技术革新，系统解析各稻区表型、基因型选择特征，挖掘开发优异种质基因及其组合，对加速我国水稻精准设计育种发展至关重要。

研究内容

本研究中，研究团队采集和整合了来自中国华南、华中、西南、华北和东北等5个主要稻作生态区的6044份现代水稻品种的全基因组深度重测序数据（5164份为本次测序，880份为该团队已发表工作），构建了中国水稻现代栽培品种的高密度变异图谱，通过分析抽穗期、产量、生物和非生物胁迫、品质等重要性状相关基因等位变异和IBD，发现了不同稻区抽穗期等位基因优势组合模式、重要性状有利等位基因频率差异，并识别出共有和特异的IBD区段。从群体遗传角度深入解析了中国水稻现代品种整体特征，以及各稻区基因组选择特征。发现株型和某些非生物胁迫性状相关的有利等位基因频率在粳稻种植区较高，稻米品质有利等位基因频率在各个稻区均有积累，抽穗期呈现最显著的地域适应性分化，不同稻区品种的遗传变异与稻区生态环境、耕作制度和消费需求显著相关。

本研究还进一步挖掘了大量不同稻区遗传改良中的关键位点。研究团队联合中国水稻研究所、安徽省农业科学院、吉林省农业科学院等9家全国水稻种质资源和育种研究优势单位，在全国19个生态鉴定点，对3600余份材料53个性状进行了2年表型精准鉴定，共获得212套高质量表型数据。通过进一步的全基因组关联分析（GWAS），共鉴定到3000余个重要农艺性状QTL，并成功克隆和验证了调控粒型的新基因OsGL3.6。这些QTL为未来水稻功能基因挖掘以及精准设计育种提供了重要参考。