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2025年3月13日，中国农业科学院作物科学研究所水稻优异种质资源发掘与创新利用团队联合作物种质资源安全保存与信息化、作物生物信息与大数据团队在Cell Press细胞出版社期刊Molecular Plant发表了题为“Large-scale genomic and phenomic analyses of modern cultivars empower future rice breeding design”的研究论文。该研究针对中国五大稻区的6044份现代水稻品种进行深度全基因组重测序，结合五大稻区19个鉴定点212组表型数据，系统阐明了不同稻区水稻品种基因组和表型选择特征，多维度揭示了不同稻区品种适应性以及人文选择影响。基于以上数据，鉴定到3131个与抽穗期、产量以及逆境响应等关键农艺性状显著相关的QTL，并克隆到水稻粒形调控新基因OsGL3.6。进一步结合已发表数据，完成了近万份水稻资源/品种的高密度变异图谱的构建，并开发在线育种辅助工具，打造了全球最大的水稻资源育种综合数据平台——RiceAtlas (，研究人员利用该平台成功快速改良“绥粳4号”水稻粒形。该研究成果为水稻精准设计育种的智能决策提供重要的理论依据和数据支撑，是继“3K水稻基因组计划”之后，全球水稻种质资源和育种研究的又一巨大飞跃。中国农业科学院作物科学研究所马小定副研究员、博士生王浩、闫燊助理研究员、天津极智基因科技有限公司周川清为该论文共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所韩龙植研究员、方沩研究员、贺强研究员、天津极智基因科技有限公司荆鑫为论文共同通讯作者。中国农业科学院作物科学研究所周文彬研究员、王文生研究员和北京大学陈永明研究员对该研究提供了重要指导和帮助。
研究背景
作为我国60%以上人口的主食，水稻育种对我国粮食安全至关重要。我国每年水稻种植面积超过4亿亩，约占全球种植总面积的18%，贡献了全球28%的水稻产量。从北纬18°延伸至北纬50°，我国水稻种植覆盖了热带、亚热带、暖温带、温带以及寒温带等各类气候区，形成了各具特色的六大水稻种植区。过去的几十年间，针对不同生态区的环境差异和耕作制度需要，盛煌娱乐水稻育种家通过持续的遗传改良，培育了成千上万个区域适应性优良品种，为水稻产业健康发展做出了突出贡献。随着市场需求升级和育种技术革新，系统解析各稻区表型、基因型选择特征，挖掘开发优异种质基因及其组合，对加速我国水稻精准设计育种发展至关重要。
研究内容
本研究中，研究团队采集和整合了来自中国华南、华中、西南、华北和东北等5个主要稻作生态区的6044份现代水稻品种的全基因组深度重测序数据（5164份为本次测序，880份为该团队已发表工作），构建了中国水稻现代栽培品种的高密度变异图谱，通过分析抽穗期、产量、生物和非生物胁迫、品质等重要性状相关基因等位变异和IBD，发现了不同稻区抽穗期等位基因优势组合模式、重要性状有利等位基因频率差异，并识别出共有和特异的IBD区段。从群体遗传角度深入解析了中国水稻现代品种整体特征，以及各稻区基因组选择特征。发现株型和某些非生物胁迫性状相关的有利等位基因频率在粳稻种植区较高，稻米品质有利等位基因频率在各个稻区均有积累，抽穗期呈现最显著的地域适应性分化，不同稻区品种的遗传变异与稻区生态环境、耕作制度和消费需求显著相关。
本研究还进一步挖掘了大量不同稻区遗传改良中的关键位点。研究团队联合中国水稻研究所、安徽省农业科学院、吉林省农业科学院等9家全国水稻种质资源和育种研究优势单位，在全国19个生态鉴定点，对3600余份材料53个性状进行了2年表型精准鉴定，共获得212套高质量表型数据。通过进一步的全基因组关联分析（GWAS），共鉴定到3000余个重要农艺性状QTL，并成功克隆和验证了调控粒型的新基因OsGL3.6。这些QTL为未来水稻功能基因挖掘以及精准设计育种提供了重要参考。
此外，本研究还创新了基于等位基因互补和遗传相似性的分子设计育种策略。团队整合本研究的6044份、“水稻3k项目”的3010份以及“水稻育种导航项目”的404份水稻种质资源，构建了目前全球最大的水稻资源育种综合数据平台——RiceAtlas (。该平台不仅提供了表型和基因型数据系统检索功能，而且提供了全基因组选择、育种亲本智能推荐等分子设计育种模块。研究团队利用RiceAtlas成功改良了“绥粳4号”的粒型，与传统方法相比，在遗传改良的速度和精确度方面有显著提升。未来，该研究成果将为水稻精准设计育种的智能决策提供重要的理论依据和数据支撑。
该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1200500）、农业生物育种国家科技重大专项（2022ZD04017、2023ZD04076）、国家自然科学基金（32371996），以及中国农科院农业科技创新工程等项目资助。
作者简介
马小定
副研究员
马小定，中国农业科学院作物科学研究所副研究员。长期从事水稻种质资源保护利用研究。近年来，联合全国水稻种质资源和育种研究优势单位，开展水稻种质资源收集保护、鉴定评价和共享利用。已完成6400份水稻种质资源的编目入库和1万余份资源的精准鉴定，构建了用于水稻全基因组选择的中国栽培稻群体数据集，并提出了配套的全基因组预测深度学习模型DeepCCR，推动水稻种质资源高质量共享利用。
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