Cell子刊客户发表旱稻适应性差异新文章

生信分析团队助力客户完成关于旱稻的双向选择导致与水稻在抗旱性和生产力上的适应性分化的研究分析，该文章发表于生物一区和植物科学一区杂志《Molecular Plant》（IF=9.326）。研究通过全基因组SNP对水稻地方品种以及野生稻种进行了基因分型，由GWAS鉴定候选的抗旱基因，解析了在农业生态系统中驯化的旱稻和水稻之间的遗传分化机制。

水稻育种中抗旱是关键，然而水稻抗旱性的进化机制尚不完全清楚。研究人员收集了中国七个省份（河北、河南、江苏、湖南、广西、贵州和云南）共215种地方品种的粳稻基因型，包括113种旱稻基因型和102种水稻（下图）。这些省份占中国粳旱稻总面积的79.7%，每个省选择了相同数量的旱稻和水稻地方品种，以实现地理平衡。不包括山东和广东省的旱稻地方品种，因为这两个省没有种植粳稻水稻。这种抽样策略可以避免距离隔离的统计偏差，研究具有代表性价值。

基于水稻SNP阵列分析得到> 30 000个SNP信息，可以通过聚类分析一般地分离粳稻旱地和水稻。这表明两种水稻生态型之间存在相当水平的遗传分化（平均FST = 0.171±0.002）。基因组中连锁不平衡（LD）的模式在两种生态型之间通常相似，并且在200kbp内快速衰变。然而，旱稻生态型的LD衰变比水稻略快（下图）。

在整个基因组中，我们在3684个windows中检测到184个高度分化的窗口（FST> 0.379，超过95%CI）；21.7%的windows含有至少一个与抗旱性相关的基因（下图A）。含有与抗旱性相关的基因的windows显示出比其他区域显着更高的平均FST值（下图D），而含有GDP基因的windows具有与基因组平均值相当的平均FST。该结果表明，在与抗旱性相关的区域中，旱稻和水稻具有遗传分化。因此，高度分化的区域可能与抗旱性相关。

基于Ricedata数据库检测到285和356个基因分别与抗旱性和GDP相关。抗旱基因和生产力之间的紧密联系非常普遍，干旱抗性和生产力性状之间的负相关归因于通过紧密连锁（例如DCA1和OsCesA7）或多效性（例如LAX1）的潜在遗传权衡。典型的旱稻和水稻可以通过含有抗旱性和GDP基因的重组来分离（下图）。一些罕见但生态型特异性的重组基因型只能在旱稻中检测到。这可以部分解释在旱稻中检测到的略微较慢的LD衰变，并表明重组在旱稻适应干旱环境中。该结果表明，抗旱基因对GDP的多余的多效性是干旱抵抗力和生产力之间遗传权衡的另一个潜在原因。

研究同时使用基因组关联研究（GWAS）在实验中检测了53个测量性状的QTL（图5）。许多已知基因，包括100GW-CK / D的OsGS3;用于FLW-D的OsCOW1;用于GW-CK的OsPUP7;用于PH-W的OsGI，YL1和OsHIGD; HI-D的Ghd7; RWC的DCA1;用于RB的OsGL1-10; RF的OsSIK1。这些QTL被认为是相应的候选者。这些结果表明GWAS具有良好的鉴定抗旱候选基因的效率。在所有检测到的QTL中，RWC和PH（植物高度）的QTL（chr10：16600000-16800000）是值得注意的（下图）。

DCA1序列通常可用于分离旱稻和水稻生态型（图6A）。同时附近存在Ehd1（控制抽穗期和穗发育）和OsCesA7（对分蘖数，株高和生产力有显着影响）。通过DCA1, Ehd1和OsCesA7中的SNP之间的高相关系数（r）揭示这两个基因与DCA1紧密连锁（图6B）。此外，在chr1发现另一个RWL QTL是GDP基因LAX1（LOC_Os01g61480）。它在旱稻和水稻生态型之间具有最高的FST值，LAX1提供了抗旱基因的理想实例。

Bidirectional Selection in Upland Rice Leadsto Its Adaptive Differentiation from Lowland Rice in Drought Resistance and Productivity. Molecular Plant, 2019.