Genomic Regions and Molecular Markers Associated with Deeper Rooting to Improve Grain Yield in Aerobic Rice (Oryza sativa L.) Production Systems：解析有氧水稻深根与增产的基因密码

在水资源匮乏背景下，为解决水稻生产中因水分限制导致的产量问题，研究人员开展了 “Genomic Regions and Molecular Markers Associated with Deeper Rooting to Improve Grain Yield in Aerobic Rice (Oryza sativa L.) Production Systems” 研究。他们鉴定出 6 个与深根比例（DR2020）相关的 QTL，开发并验证了 4 个 QTL 的 KASP 分子标记，可提升产量，对培育适应有氧生产系统的水稻意义重大。

　　在全球水资源日益紧张的大背景下，水稻生产面临着严峻挑战。水稻作为重要的粮食作物，对水分的需求量极大，而水资源的减少、气温上升、降雨模式改变以及极端天气事件频发，使得水分限制成为水稻产量提升的主要阻碍。传统的水稻种植方式耗水量巨大，在水资源短缺的当下难以为继，因此，探索节水高效的水稻种植模式迫在眉睫。

有氧水稻生产系统应运而生，它能显著减少水资源消耗，提高水分利用效率，为水稻生产开辟了新途径。然而，要充分发挥有氧水稻的优势，培育出适应这种生产系统的水稻品种，就需要深入了解水稻根系的遗传机制。因为在有氧条件下，根系的深度对于水稻获取水分和养分至关重要，它直接影响着水稻的生长发育和产量。但目前，在这方面的研究还存在诸多不足，尤其是与深根相关的基因组区域和分子标记的研究非常有限，这严重制约了有氧水稻育种工作的推进。

为了解决这些问题，澳大利亚昆士兰大学（The University of Queensland）等机构的研究人员开展了一项旨在探究有氧水稻深根相关基因组区域和分子标记的研究。他们的研究成果发表在《Rice》杂志上，为水稻育种和可持续生产提供了重要的理论依据和技术支持。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：

1. 遗传群体构建：利用 234 个重组自交系（RIL）群体以及 241 个不同基因型的粳稻品种，构建了用于定位与深根性状相关基因组区域的群体。
2. 基因分型：采用多样性阵列技术基因分型测序（DArTSeq）对亲本和不同种质进行 SNP 基因分型；对关键基因型进行全基因组重测序，为分子标记开发提供数据支持。
3. QTL 定位：通过连锁图谱和全基因组关联研究（GWAS），定位与深根性状相关的数量性状位点（QTL）。
4. 分子标记开发：针对鉴定出的 QTL，开发基于 KASP 的 SNP 分子标记，并在不同遗传背景下进行验证。

研究结果如下：

1. 深根性状的基因型变异：在 Sherpa/IRAT109 RIL 群体和 Yanco 粳稻多样性集合中，均存在显著的深根性状基因型变异。IRAT109、Kinandang Patong 和 YRF210 等基因型表现出较高的深根比例。
2. 与深根相关的基因组区域：通过连锁图谱和 GWAS 分析，共鉴定出 6 个与深根相关的基因组区域（QTL），分别位于水稻的 1、6、8、9、10 和 11 号染色体上。这些区域与前人报道的一些 QTL 存在共定位现象，但多数区域在不同基因组背景下的有效性尚未得到充分验证。
3. KASP 分子标记的开发与验证：利用全基因组重测序数据，开发了针对 6 个 QTL 的 KASP 分子标记。其中，4 个 QTL（qADR1、qADR9、qADR10 和 qADR11）的标记在验证集中表现出显著效果，能够有效区分有利和不利等位基因，且携带有利等位基因的基因型在深根比例和谷物产量上具有明显优势。
4. QTL 聚合的效果：对验证集中携带不同数量有利等位基因的基因型进行分析，发现随着有利等位基因数量的增加，深根比例和谷物产量均显著提高。

研究结论和讨论部分表明，该研究成功鉴定出多个与有氧水稻深根相关的基因组区域，并开发和验证了相关的 KASP 分子标记。这些标记可用于早期基因型选择，显著提高育种效率，加快适应有氧生产系统的水稻品种培育进程。同时，研究还发现深根 QTL 能显著提高谷物产量，且这种影响独立于抽穗期和株高之外。这一成果为水稻育种提供了有力的工具，有助于在水资源有限的地区实现水稻的可持续生产。此外，研究人员还指出，未来可通过进一步的研究，如开发近等基因系或利用基因编辑技术，更深入地探究这些 QTL 在不同遗传背景下的作用机制，同时结合 “组学” 技术，从系统层面深入理解水稻对间歇性水分亏缺的响应机制，为培育更适应有氧环境的水稻品种奠定坚实基础。