巴基斯坦现代水稻淀粉性状多样性与KASP标记的关联研究及其在稻米食用和烹饪品质改良中的应用

这篇研究通过KASP标记技术系统分析了巴基斯坦32个水稻品种中淀粉合成基因（Wx、Alk/SSIIa、SSIIb、SSIIc、SSI、PPR）和香气基因（BADH2）的变异特征，揭示了Wxa 、Wxin 等关键等位基因与直链淀粉含量（AC）的关联规律，以及alki /alkj 基因型对糊化温度（GT/ASV）的调控作用。研究发现Basmati品种特有的Wxin -alki 等位基因组合是维持中等AC（21.9%）和高GT的核心遗传基础，为水稻品质育种提供了分子标记选择策略。

　　

【研究背景】
水稻作为全球35亿人的主食，其食用和烹饪品质（ECQ）的遗传改良至关重要。巴基斯坦作为全球第四大稻米出口国，其特色Basmati品种以中等直链淀粉含量（AC 19-26%）和特定香气闻名。本研究聚焦淀粉合成通路关键基因：颗粒结合淀粉合成酶I（Wx/OsGBSSI）调控AC，可溶性淀粉合成酶IIa（Alk/OsSSIIa）决定糊化温度（GT），以及香气基因BADH2的8 bp插入缺失突变。

【材料与方法】
研究选取32个巴基斯坦主栽品种和日本晴对照，采用Megazyme试剂盒精确测定AC，通过碱性扩散值（ASV 1-7级）评估GT。利用22个KASP标记检测Wx基因12个位点（含5个功能位点）、Alk基因5个位点（含外显子8+865-866的GC/TT功能突变），以及SSIIb、SSIIc、SSI、PPR和BADH2基因的关键变异。通过Sanger测序验证关键基因型，采用Structure软件分析群体遗传结构。

【主要发现】

1. Wx基因多态性：所有品种均携带Wx^a
   等位基因（内含子1+94位G），未检出低AC等位基因wx、Wx^mq
   或Wx^op
   。发现4种单倍型：

   • 单倍型1（日本晴特有）：Wx^b
     （T）+Wx^mw
     （A），AC 17.7%
   • 单倍型2（11个Basmati）：Wxⁱⁿ
     （外显子6+62 C），AC 21.8%
   • 单倍型3（IR_8等）：Wx^a
     +Wx^mw
     （A），AC 28.3%
   • 单倍型4（多数非Basmati）：Wx^a
     +Wx^lv
     （外显子10+115 T），AC 25.7%

2. Alk基因分化：GC基因型（alkⁱ
   ）与高GT相关（ASV 4.1），主要存在于Basmati；TT基因型（alk^j
   ）对应低GT（ASV 5.8），多见于非Basmati。值得注意的是，香气品种Kisan Basmati出现alk^j
   例外基因型。

3. 性状关联：

   • Wxⁱⁿ
     与BADH2缺失型显著相关（r=0.608），芳香品种平均AC（21.9%）低于非芳香品种（25.4%）
   • SSII_b外显子突变与AC、ASV均显著关联（P<0.001）
   • PPR基因多态性影响ASV，提示其可能参与淀粉合成调控网络

4. 群体结构：

   • K=4时分为四大类：Japonica型、Basmati型、低ASV Indica和高ASV Indica
   • 所谓"Basmati"品种Chenab Basmati和Punjab Basmati缺乏BADH2缺失突变，遗传成分60%与非Basmati重叠，被证实为"伪Basmati"

【创新价值】
研究首次系统解析了巴基斯坦现代水稻品种的淀粉品质分子基础，确立了三套关键标记组合：

1. Wxⁱⁿ
   -alkⁱ
   组合可作为Basmati品种鉴定的"分子身份证"
2. Wx^a
   -alk^j
   组合适合选育高AC、低GT的普通籼稻
3. SSII_b功能性SNP（A/G）可作为辅助选择标记

【应用前景】
该成果为应对气候变化下的水稻品质育种提供技术支撑：

• 通过KASP标记实现早期选择，缩短育种周期
• 保护Basmati等地理标志品种的遗传纯度
• 指导非Basmati品种的ECQ性状定向改良

研究还揭示了巴基斯坦水稻育种中存在的品种命名不规范问题，强调需要建立基于分子标记的品种真实性检测体系。未来可进一步探索Wx与SSI基因的互作机制，以及PPR基因在淀粉合成调控中的具体功能。