抽穗期是決定水稻品種的地域適應性及季節適應性的重要農藝性狀。水稻是短日照作物，當前研究表明北方長(cháng)日照條件下水稻能夠正常抽穗主要是因為主效感光基因Ghd7/Hd4、DTH7/Hd2等功能缺失，它們的缺失基因型受到選擇而固定下來(lái)，從而失去對下游促進(jìn)基因(Ehd1及成花素基因Hd3a和RFT1)的抑制功能;然而下游這些促進(jìn)因子是否也受到選擇和馴化尚不清晰。近期中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所水稻種質(zhì)資源挖掘與創(chuàng )新利用學(xué)科組方軍團隊鑒定了在高緯度地區顯著(zhù)促進(jìn)水稻開(kāi)花的Hd3a新等位基因，并從演化的角度解析了該基因受到選擇的過(guò)程。

　　該團隊利用199份北方粳稻品種進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定得到成花素基因Hd3a的一個(gè)新的等位基因，該等位基因在編碼區有兩個(gè)位點(diǎn)的堿基發(fā)生變化，SNP1位點(diǎn)是一個(gè)C435G的堿基替換，導致天冬酰胺(Asn)變成賴(lài)氨酸(Lys)。SNP2位點(diǎn)是一個(gè)C444T的堿基替換，僅造成編碼氨基酸的同義突變。連鎖不平衡分析顯示，SNP1與引領(lǐng)SNP之間有很強的連鎖不平衡，而SNP2分別與SNP1和引領(lǐng)SNP的連鎖不平衡程度都很低(圖1)。單倍型分析表明Hd3a-435G等位基因使得水稻在高緯度地區(長(cháng)日照條件)提前10天開(kāi)花。進(jìn)一步利用199份北方粳稻品種和200份長(cháng)江中下游溫帶粳稻品種分析了Hd3a-435G的地理分布，發(fā)現88份高緯度地區的品種帶有Hd3a-435G等位基因(44.2%)，而僅有8份長(cháng)江中下游的品種帶有Hd3a-435G等位基因(4%)(圖2)?？傮w上Hd3a-435G的等位基因頻率從低緯度到高緯度地區不斷增加，黑龍江的水稻品種具有最高的Hd3a-435G等位基因頻率。這些結果為高緯度地區水稻的光周期調控提供了新的數據支撐，將促進(jìn)水稻在區域適應性上的改良，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

圖1. 鑒定Hd3a基因中的關(guān)鍵突變位點(diǎn)

圖2.Hd3a-435G在馴化和傳播過(guò)程中的演化與選擇

　　研究成果近期發(fā)表在中科院一區期刊《Theoretical and Applied Genetics》上，中科院東北地理所特別研究助理韓忠民、江西農業(yè)大學(xué)博士研究生雷享亮為論文的共同第一作者，方軍研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基因(U20A2025.31900423)、博士后黑龍江科研啟動(dòng)金(LBH-Q21198)和中科院院地合作項目(2021SYHZ0032)聯(lián)合資助。

　　論文信息：Han Zhongmin, Lei Xiangliang, Sha Hanjing, Liu Jia, Zhang Chuanzhong, Wang Jingguo, Zheng Hongliang, Zou Detang, Fang Jun. Adaptation to high latitudes through a novel allele of Hd3a strongly promoting heading date in rice. Theoretical and Applied Genetics, 2023. 136:141.

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s00122-023-04391-1