東北稻區是我國最重要的優質稻米產區，黑龍江省是我國最大的水稻種植區和商品糧區。東北地區水稻在抽穗期、耐冷性、抗病性、食味品質、抗倒伏性等關鍵性狀的選擇和改良，使其能夠適應高緯度環境并產出優質的大米。但目前育種手段多是基于傳統經驗育種，從全基因組層面解碼東北稻區經驗育種規律，建立基礎詮釋模型，將為水稻分子設計育種提供范本和指導，在創新育種技術、加速育種進程和保障我國優質稻米生產方面具有重要的實踐理論和意義。

　　2023年2月9日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所儲成才團隊、李家洋院士團隊和中國科學院東北地理與農業生態研究所卜慶云團隊等合作在《National Science Review》發表了題為“Genomic Decoding of Breeding History to Guide Breeding-by-Design in Rice”的研究論文，團隊成功構建了我國東北稻區經驗育種史的分子詮釋模型，歸納并驗證了該地區不同時期水稻育種規律及未來趨勢。

　　研究團隊收集了涵蓋東北稻區自1940年代到2010年代選育或引種的546份水稻品種資源，進行了重測序和22個農藝性狀表型的調查。研究發現東北地區水稻品種可歸類到3個具有不同進化特征的亞群(圖1)，以石狩白毛為骨干的K3G1亞群在上世紀80年代前的黑龍江品種中占主導地位，隨后被以蝦夷和空育131為骨干的K3G2亞群取代;而以富士光和藤系138為骨干的K3G3亞群主要分布在遼寧和吉林，但隨著時間推移，其在黑龍江省的占比也越來越高。同時確認了秈稻滲入對東北水稻稻瘟病抗性和穗部性狀的重要貢獻。將品種選育印記追溯到123個已知或新檢測到的QTL位點以及大量秈稻滲入片段，系統總結了一些具有年代特征的關鍵性QTL位點或滲入片段，為后繼的品種設計選育提供了依據(圖1)。

圖1. 東北地區水稻亞群演變及關鍵QTL或秈稻滲入片段

　　同時，李家洋院士團隊利用分子設計育種，培育了的“中科發”系列水稻品種，其中代表性品種“中科發5號”已成為黑龍江省與吉林省的主栽品種。通過對中科發5號進行解析，發現其優異等位基因組合與上述分析所揭示的東北地區品種選育趨勢高度契合，是全基因組設計育種的一個絕佳例證。

　　這項成果全面解析了中國東北地區水稻遺傳結構和育種關鍵位點，揭示了經驗育種反饋在基因組上的普遍規律，為東北水稻品種的全基因組設計育種提供參考依據和范例，有望進一步推動水稻分子設計育種的完善和實施，并為其它作物經驗育種史的解析和分子設計育種研究提供參考。

　　中國科學院遺傳發育所陳倬博士后、中國科學院東北地理與農業生態研究所卜慶云研究員、中國科學院遺傳發育所劉貴富研究員為該論文共同第一作者，中國科學院遺傳發育所儲成才研究員、李家洋院士、唐久友副研究員為文章共同通訊作者。我所方軍研究員和李秀峰助理研究員、中國科學院遺傳發育所梁承志研究員、薛勇彪研究員、程祝寬研究員、中科院植物所劉華招高級工程師、北大荒墾豐種業王茂青農藝師等參與了研究。研究工作得到了中科院先導項目資助。

　　論文信息

　　Zhuo Chen#, Qingyun Bu#, Guifu Liu#, Maoqing Wang, Hongru Wang, Huazhao Liu, Xiufeng Li, Hong Li, Jun Fang, Yan Liang, Zhenfeng Teng, Sai Kang, Hong Yu, Zhukuan Cheng, Yongbiao Xue, Chengzhi Liang, Jiuyou Tang*, Jiayang Li*, Chengcai Chu*. (2023) Genomic decoding of breeding history to guide breeding-by-design in rice, National Science Review, nwad029.

　　論文鏈接：

　　https://doi.org/10.1093/nsr/nwad029