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为探究水稻品质遗传机制，研究人员开展 GWAS 和 PLS 分析，鉴定出相关位点和基因，助力水稻育种。
# 水稻品质遗传研究：解锁优质密码，推动水稻育种新变革
水稻，作为全球半数以上人口的主食，在人们的饮食生活中占据着举足轻重的地位。随着生活水平的提高，消费者对水稻的品质要求愈发严苛，不仅期望其拥有优良的食味和烹饪品质，还追求外观上的完美。然而，当前水稻生产面临着诸多严峻挑战。一方面，饮食习惯的多样化致使部分国家人均水稻消费量持续下滑，这使得提升水稻品质成为吸引消费者的关键；另一方面，经济发展带来人口压力增大，农业用地面积不断减少，农民数量也日益降低，加之气候变化对农业生产的严重影响，培育兼具高产、优质特性的水稻新品种迫在眉睫。
在这样的背景下，来自日本国立农业和食品研究组织（National Agriculture and Food Research Organization，NARO）等机构的研究人员积极开展研究。他们的研究成果发表在《Theoretical and Applied Genetics》杂志上，为水稻品质改良提供了重要的理论依据和实践指导。
研究人员采用了一系列先进的技术方法来深入探究水稻品质的遗传机制。首先，他们精心挑选了 150 个水稻品种，涵盖了地方品种和改良品种，这些品种犹如一个丰富的遗传宝库，为研究提供了多样的遗传素材。接着，针对这些品种的 89 个烹饪和食用品质性状进行了为期三年的详细评估，从多个维度对水稻品质进行精准刻画。在基因层面，研究人员收集了这些水稻品种的全基因组序列数据，并运用生物信息学手段，对单核苷酸多态性（SNP）进行深入分析。同时，通过全基因组关联研究（GWAS），在水稻的 12 条染色体上成功检测到 525 个与品质性状相关的数量性状核苷酸（QTN）位点。为了进一步筛选出在育种中具有重要价值的位点，研究人员运用偏最小二乘法回归分析（PLS），对不同水稻品种群体进行细致剖析。
研究结果丰硕，主要体现在以下几个关键方面：
- 品质性状遗传位点的精准定位：通过 GWAS 分析，研究人员全面检测出影响水稻外观、食味和烹饪品质性状的遗传位点。这些位点广泛分布于水稻的 12 条染色体上，其中在 1、4、5、6、8、9、10 和 11 号染色体上形成了基因座簇集区域。值得一提的是，部分簇集区域包含了淀粉生物合成和降解相关基因，这表明这些区域在调控水稻品质方面起着至关重要的作用。例如，在研究直链淀粉含量时，在 6 号染色体短臂上检测到的显著峰值与直链淀粉生物合成基因 GBSSI 紧密相关，这意味着该基因的等位基因差异对直链淀粉含量有着重要影响1。
- 关键候选基因的深度挖掘：针对蒸煮米饭粒的粘性、直链淀粉和支链淀粉组成以及水稻胚乳中 β - 葡聚糖酶活性等重要品质性状，研究人员深入挖掘了相关的候选基因。在 3 号染色体短臂上，发现了一个与蒸煮米饭粒表面粘性密切相关的区域，其中 Os03g0124100、Os03g0125300 和 Os03g0125800 这三个基因表现出显著的多态性。通过 RNAi 敲低实验证实，这三个基因均对米饭的食味品质和表面粘性有着重要影响，其中 Os03g0124100 的作用最为稳定。在 11 号染色体上，发现了一个与淀粉组成密切相关的新位点，该位点与直链淀粉含量、支链淀粉链长比以及 540nm 处吸光度均有关联。研究人员在该区域鉴定出多个候选基因，这些基因在淀粉生物合成过程中可能发挥着关键作用23。
- 基因位点组合的筛选与应用：研究人员依据水稻的不同食品应用方向，将 150 个水稻品种划分为优质食味米、主食米、寿司米、高产米和酿酒米五个类别。通过 PLS 回归分析，成功筛选出与各类别品质相关的 QTN 组合。例如，优质食味米品种在粒形、熟米粒物理性质和胚乳酶活性等方面的 124 个 QTN 表现出较大的回归系数得分，这表明这些 QTN 对优质食味米的品质形成具有重要贡献。而主食米、寿司米、高产米和酿酒米也各自具有独特的 QTN 组合，这些组合为培育满足不同市场需求的水稻品种提供了精准的遗传标记4。
在研究结论与讨论部分，此次研究成果意义重大。研究人员通过 GWAS 和 PLS 回归分析，成功鉴定出多个与水稻品质性状相关的 QTN 和候选基因，为水稻品质改良提供了丰富的遗传资源。这些发现有助于育种者更加精准地选择亲本进行杂交育种，通过聚合有利基因，培育出兼具高产和优质特性的水稻新品种。例如，利用新发现的与食味品质相关的基因位点，有望培育出比现有品种食味更佳的水稻。同时，研究中运用的 GWAS 和单倍型分析等实验方法，为挖掘水稻新的食味和烹饪品质基因提供了有效的技术手段，为后续研究奠定了坚实的基础。此外，研究还指出，尽管此次研究未直接评估水稻的香气和垩白度等重要品质性状，但随着环境变化，这些性状受到的影响日益显著。未来，利用现有的研究群体和方法，有望进一步鉴定出与这些性状相关的因果基因，从而为应对气候变化对水稻品质的影响提供解决方案5。
总的来说，这项研究在水稻品质遗传机制的探索上取得了重要突破，为水稻育种实践提供了极具价值的理论支持和遗传信息，有望推动水稻产业向更高品质、更可持续的方向发展。
