超亲光周期敏感性的遗传解析与基于qHD6/qHD7靶向编辑的抗稻瘟病早熟粳稻育种新策略

《Rice》：Breaking Transgressive Photoperiod Sensitivity Barrier Triggered by Breeding Introgression of Pigm in Early-Mature Geng/Japonica Rice

　　

摘要

黑龙江和吉林种植的早熟粳稻（EMG）生长在世界纬度最北的稻区，仅用全国16.0%的稻田面积就贡献了中国17.3%的稻米产量，然而每一个新品种都必须同时具备早抽穗（EH）和抗稻瘟病（BR）的性状。超亲光周期敏感性（TPS）是一种独特的光周期敏感性形式，表现为后代相对于亲本出现显著的抽穗延迟。向北的适应过程使包括Hd1、Ghd7在内的主要光周期调控基因在黑龙江EMG品种（如垦勇131，KY131）中大多趋向于非功能性单倍型。然而，当使用KY131-Pigm作为供体时，TPS仍然发生，阻碍了Pigm等优异基因向EMG稻中导入以改善抗稻瘟病性状。尽管在光周期敏感性调控因子方面已有进展，但在EMG遗传背景下负责TPS的具体基因以及克服该瓶颈的最优编辑靶点仍然尚不清楚。在此，我们结合正向遗传学和反向遗传学方法，对基因导入EMG遗传背景过程中产生的TPS进行了遗传解析。鉴定出两个含有已知候选基因的主要位点：qHD6和qHD7。我们进一步提出了一种更新的生物技术育种策略，提供了两种通过在上述两个位点进行靶向编辑来最小化TPS的同时在EMG稻中叠加BR性状的方案。

黑龙江和吉林种植的早熟粳稻（EMG）生长在世界纬度最北的稻区，仅用全国16.0%的稻田面积就贡献了中国17.3%的稻米产量，然而每一个新品种都必须同时具备早抽穗（EH）和抗稻瘟病（BR）的性状。超亲光周期敏感性（TPS）是一种独特的光周期敏感性形式，表现为后代相对于亲本出现显著的抽穗延迟。向北的适应过程使包括Hd1、Ghd7在内的主要光周期调控基因在黑龙江EMG品种（如垦勇131，KY131）中大多趋向于非功能性单倍型。然而，当使用KY131-Pigm作为供体时，TPS仍然发生，阻碍了Pigm等优异基因向EMG稻中导入以改善抗稻瘟病性状。尽管在光周期敏感性调控因子方面已有进展，但在EMG遗传背景下负责TPS的具体基因以及克服该瓶颈的最优编辑靶点仍然尚不清楚。在此，我们结合正向遗传学和反向遗传学方法，对Pigm基因导入EMG遗传背景过程中产生的TPS进行了遗传解析。鉴定出两个含有已知候选基因的主要位点：qHD6和qHD7。我们进一步提出了一种更新的生物技术育种策略，提供了两种通过在上述两个位点进行靶向编辑来最小化TPS的同时在EMG稻中叠加BR性状的方案。