本网讯 近日，国际著名期刊《The Plant Journal》在线发表了安徽农业大学农学院水稻抗逆分子设计育种创新团队题为“Genetic architecture of low temperature germinability in rice revealed by integrated maps of SNPs and structural variation”的研究论文。
低温发芽力（Low Temperature Germinability, LTG）是直播稻生产中的关键性状，然而结构变异（Structural Variation, SV）对该性状的遗传调控机制尚未阐明。本研究以收集自26个国家的400份水稻种质为试验材料，系统评价了4个温度梯度下的LTG相关表型，并进一步整合单核苷酸多态性（SNP）/SV全基因组关联分析（Genome-Wide Association Study, GWAS）、转录组测序、基因编辑、群体遗传学与机器学习等多学科方法，系统解析了水稻LTG性状的遗传基础。
基于SNP与SV的GWAS分别检测到127个与119个控制水稻LTG的数量性状位点（QTL），二者共有25个重叠位点；整合GWAS结果与转录组测序数据，共筛选获得30个候选功能基因与48个优异等位单倍型。借助CRISPR/Cas9基因编辑技术验证了qLT11d为调控水稻低温发芽力的关键功能基因，敲除该基因后，水稻种子在低温环境下的发芽率与出苗率均显著下降，且发芽率达50%所需时间（GT50）显著延长。群体遗传学分析进一步鉴定出29个籼粳亚种间特异性LTG分化区域及37个籼稻亚种内LTG分化区域，表明亚种间与亚种内可能存在保守的低温适应性选择区段。在此基础上，融合SNP与SV数据，采用机器学习框架下的MFMGP模型构建了LTG性状基因组选择预测模型，该模型在4个供试温度条件下均表现出优异的预测性能（基于SV构建的模型在13℃与21℃条件下的预测准确率显著高于SNP）。经84份独立水稻种质材料的外部验证，模型预测值与实际观测值呈显著正相关，证明该基因组选择模型具备良好的跨群体泛化预测能力。
本研究系统解析了水稻LTG的遗传基础，明确了其遗传调控网络，所发掘的候选功能基因、优异等位单倍型、亚种特异性遗传分化区段及构建的基因组选择预测模型，为直播稻耐低温性状的遗传改良提供了关键的基因资源与理论支撑；同时本研究揭示了结构变异在水稻低温发芽力调控中的潜在功能，为后续相关基因的功能验证研究提供重要参考。
我校为第一单位，农学院硕士研究生施友帅、徐凯、吕亚梅（已毕业）为共同第一作者，张超普特任副教授、黎珉副教授和中国农业科学院作物科学研究所王文生研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽省高校自然科学基金及作物基因资源与育种全国重点实验室开放课题等资助。（一审：范宇 二审：柳洁 三审：余恩）
