水稻多倍体育种研究进展与应用前景

摘要

面对耕地资源有限、全球气候变化、逆境频发和新时代农业高质量发展需求，水稻育种目标正由单一高产转向优质、稳产、高产、耐逆抗病和资源高效的协同改良.多倍化是植物进化、作物驯化和遗传改良的重要途径之一，可诱发比二倍体更多、更广的遗传和表观遗传变异，为自然选择和人工选育提供更丰富的物质基础.特别是，在异源或节段异源多倍体中，部分同源染色体之间的区段交换（Homoeologous Exchange,HE）作为一种独特遗传变异机制，可导致基因组快速亲本染色体区段嵌合化，产生新表型.在简要回顾早期四倍体水稻的发现、诱导及细胞遗传学研究的基础上，综述水稻多倍体育种的发展历程与代表性研究体系，包括同源四倍体水稻、具有多倍体减数分裂稳定性（Polyploid Meiosis Stability,PMeS）的材料、新型四倍体水稻、野生异源四倍体水稻从头驯化以及籼粳亚种间节段性异源四倍体构建.并以籼粳亚种间节段性异源四倍体为例，系统介绍HE驱动的基因组嵌合、表达重塑和稳定四倍体重组自交系形成过程.最后，提出未来水稻多倍体育种应以稳定高育性和高种子活力为前提，面向新时代水稻育种目标，结合种质资源系统评价、关键基因功能验证和多组学辅助选择，推动水稻多倍体育种由经验到设计的迭代发展.

关键词

水稻 / 多倍体育种 / 多倍化 / 基因组重塑 / 部分同源交换 / 种质创新

基金资助

吉林省高等教育教改研究课题立项（JLJY202393805644）; 吉林省科技厅重点科技研发项目（农业领域）（20240303002NC）; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2412025QG003）