《Frontiers in Plant Science》：Integrative genomic and transcriptomic dissection of salt tolerance for Japonica rice improvement
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本研究通过多环境表型分析、全基因组关联分析（GWAS）和转录组剖析，系统解析了水稻苗期耐盐性的遗传基础。研究在225个水稻品种中鉴定出5个新颖数量性状位点（QTL），并发现qSES6与qSES7存在强协同效应。整合分析筛选出关键候选基因Os07g0635500（细胞色素P450），其单倍型2（Hap2）展现出优越耐盐性。然而，有利等位基因在粳稻背景中代表性有限，凸显了靶向渗入和标记辅助选择在粳稻耐盐性改良中的必要性。该研究为耐盐粳稻的分子育种提供了宝贵的遗传资源和实践见解。
土壤盐渍化是限制水稻生产力的主要非生物胁迫，尤其在沿海和灌溉区。广泛栽培于温带地区的粳稻对盐胁迫中度敏感，苗期尤为脆弱。为加速粳稻背景下的耐盐性改良，研究团队对225个多样性水稻品种进行了大规模多环境表型分析，在对照盐胁迫（0.7% NaCl）下跨越两个季节（2024年春季和夏季），随后进行了全基因组关联研究（GWAS）和转录组分析。
材料与方法
研究通过打破种子休眠、表面消毒和预发芽后，在三叶期幼苗中诱导盐胁迫（0.7% NaCl）。盐耐受性使用改良的水稻标准评价系统（SES）进行视觉评估。采用线性混合模型（LMM）计算最佳线性无偏预测（BLUP），以校正季节、空间和环境变异，获得调整后的表型值用于后续分析。
基因分型结合了KNU Axiom Oryza 580K SNP芯片和重测序数据，经过严格质量控制后保留115,804个高质量单核苷酸多态性（SNP）用于群体结构分析和GWAS。GWAS采用FarmCPU模型，以控制群体分层和亲缘关系。转录组分析针对高耐盐品种‘IR73571-3B-11-3-K2’进行，盐胁迫一天后取样，以水处理幼苗作为对照。差异表达基因（DEG）的筛选标准为|log2FC| > 1且调整后P值 < 0.05。单倍型分析基于基因编码区及起始密码子上游2 kb启动子区域的SNP进行。
结果
表型变异
苗期耐盐性评估显示，两个季节的SES评分存在显著差异，春季平均为8.25，夏季平均为7.26，表明盐胁迫响应受环境条件强烈影响。BLUP调整有效减少了环境偏差，揭示了显著的基因型差异。最具耐盐性的品种包括‘Hanareum4’、‘IR73571-3B-11-3-K2’和‘Pokkali’。
GWAS与QTL鉴定
群体结构分析将品种分为粳稻和籼稻两个亚群。GWAS在应用Bonferroni校正后的显著性阈值下，鉴定出五个显著SNP，分别位于染色体3、5、6、7和9上，据此定义了五个QTL：qSES3、qSES5、qSES6、qSES7和qSES9。这些QTL区域内共注释有134个基因，其中10个功能与盐胁迫响应直接相关。
转录组分析
对耐盐品种‘IR73571-3B-11-3-K2’的转录组分析共鉴定出834个DEG，包括140个上调和694个下调基因。基因本体（GO）富集分析显示，生物过程（BP）方面显著富集的术语包括“对刺激的反应”、“对胁迫的反应”、“解毒”等；分子功能（MF）方面包括“氧化还原酶活性”；细胞组分（CC）方面包括“脂滴”和“胞外区”。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析显著富集了“苯丙烷生物合成”和“次生代谢物生物合成”通路。
整合分析与单倍型
整合GWAS和转录组数据，发现三个基因重叠：qSES3中的Os03g0718800（类似物理阻抗诱导蛋白）、qSES7中的Os07g0635500（细胞色素P450）和qSES9中的Os09g0337300（假设蛋白）。其中，Os07g0635500与MF相关的GO术语“氧化还原酶活性”和KEGG通路“苯丙烷生物合成”对应，表明其可能在氧化胁迫缓解和次生代谢中发挥作用。单倍型分析将Os07g0635500分为单倍型1（Hap1）和单倍型2（Hap2），携带Hap2的品种表现出显著增强的耐盐性，且该单倍型主要存在于籼稻和通礼型（Tongil-type）品种中。
QTL联合效应
评估五个QTL的联合效应发现，QTL单独存在时效果有限。qSES6和qS7的组合表现出强协同效应，平均BLUP为-1.01。加入qSES9后（qSES6 + qSES7 + qSES9），耐盐性进一步增强（平均BLUP = -1.43）。然而，加入qSES5则表现出拮抗或上位效应，降低了整体耐受性。最耐盐的四个品种均与这些有效组合相关。
讨论
本研究揭示了水稻苗期耐盐性的显著表型变异和基因型与环境（G×E）互作。BLUP校正提供了可靠的遗传效应估计。鉴定出的QTL包含了与离子转运、氧化还原平衡和信号传导相关的基因。转录组分析强调了氧化还原酶活性和苯丙烷生物合成在盐胁迫响应中的重要性。基因Os07g0635500因其功能注释和单倍型与表型的关联成为关键候选基因。QTL间的协同和拮抗效应凸显了耐盐性作为数量性状的复杂性。然而，有利等位基因在粳稻背景中代表性不足，需要通过标记辅助选择等手段进行靶向渗入。
结论
该研究通过整合多组学方法，剖析了水稻苗期耐盐性的遗传架构，鉴定了关键QTL、候选基因和有利单倍型。研究结果强调了QTL协同作用的重要性，并为耐盐粳稻的分子设计育种提供了重要的遗传资源和分子靶点。
