東北地理所挖掘鑒定出水稻適應北方高緯度地區Hd3a新等位基因
抽穗期是決定水稻品種的地域適應性及季節適應性的重要農藝性狀。水稻是短日照作物，當前研究表明北方長日照條件下水稻能夠正常抽穗主要是因為主效感光基因Ghd7/Hd4、DTH7/Hd2等功能缺失，它們的缺失基因型受到選擇而固定下來，從而失去對下游促進基因(Ehd1及成花素基因Hd3a和RFT1)的抑制功能;然而下游這些促進因子是否也受到選擇和馴化尚不清晰。近期中國科學院東北地理與農業生態研究所水稻種質資源挖掘與創新利用學科組方軍團隊鑒定了在高緯度地區顯著促進水稻開花的Hd3a新等位基因，并從演化的角度解析了該基因受到選擇的過程。
該團隊利用199份北方粳稻品種進行全基因組關聯分析，鑒定得到成花素基因Hd3a的一個新的等位基因，該等位基因在編碼區有兩個位點的堿基發生變化，SNP1位點是一個C435G的堿基替換，導致天冬酰胺(Asn)變成賴氨酸(Lys)。SNP2位點是一個C444T的堿基替換，僅造成編碼氨基酸的同義突變。連鎖不平衡分析顯示，SNP1與引領SNP之間有很強的連鎖不平衡，而SNP2分別與SNP1和引領SNP的連鎖不平衡程度都很低(圖1)。單倍型分析表明Hd3a-435G等位基因使得水稻在高緯度地區(長日照條件)提前10天開花。進一步利用199份北方粳稻品種和200份長江中下游溫帶粳稻品種分析了Hd3a-435G的地理分布，發現88份高緯度地區的品種帶有Hd3a-435G等位基因(44.2%)，而僅有8份長江中下游的品種帶有Hd3a-435G等位基因(4%)(圖2)?？傮w上Hd3a-435G的等位基因頻率從低緯度到高緯度地區不斷增加，黑龍江的水稻品種具有最高的Hd3a-435G等位基因頻率。這些結果為高緯度地區水稻的光周期調控提供了新的數據支撐，將促進水稻在區域適應性上的改良，進而提高產量。
圖1. 鑒定Hd3a基因中的關鍵突變位點
圖2.Hd3a-435G在馴化和傳播過程中的演化與選擇
研究成果近期發表在中科院一區期刊《Theoretical and Applied Genetics》上，中科院東北地理所特別研究助理韓忠民、江西農業大學博士研究生雷享亮為論文的共同第一作者，方軍研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學基因(U20A2025.31900423)、博士后黑龍江科研啟動金(LBH-Q21198)和中科院院地合作項目(2021SYHZ0032)聯合資助。
論文信息：Han Zhongmin, Lei Xiangliang, Sha Hanjing, Liu Jia, Zhang Chuanzhong, Wang Jingguo, Zheng Hongliang, Zou Detang, Fang Jun. Adaptation to high latitudes through a novel allele of Hd3a strongly promoting heading date in rice. Theoretical and Applied Genetics, 2023. 136:141.
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s00122-023-04391-1
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