近日，生物技术领域国际著名期刊Biotechnology Advances在线发表了我院刘巧泉教授团队题为Genetic control of grain appearance quality in rice的研究综述论文。该文全面总结了目前水稻外观品质遗传调控研究进展，并对其中能够用于育种实践的关键基因进行了分析，探讨了稻米外观品质遗传改良的策略。
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，不同生态型和品种间稻米品质变异极为丰富。稻米品质包含碾磨加工、外观、蒸煮食味和营养功能等多个重要方面，其中稻米外观是重要的商业品质，通常包括粒形、垩白度、垩白率、透明度、粒色等。对水稻新品种的接受程度在很大程度上取决于它是否能满足消费者或地区对稻米外观的偏好，反映了吸引消费者的能力。稻米外观品质属典型的复杂性状，其遗传基础与分子调控机制较为复杂，因此对稻米外观品质改良的进展缓慢。近二十年来，人们在挖掘水稻外观品质相关基因方面做出了巨大努力。随着社会发展和人们生活水平的提高，迎合消费者对外观品质的偏好，需要挖掘优异的基因资源，了解其调控机制，从而利用有价值的基因或信息来培育具有理想外观品质的品种。
围绕稻米外观品质，该文首先提供了有关水稻外观品质的最新信息，包括定义、变异和分类，并详述了水稻外观品质的各个构成性状，各个性状的定义及其相关关系（图1）。文章重点总结了当前水稻外观品质各个性状在遗传调控方面的研究进展，包括粒形、垩白及其高温响应、透明度、种皮颜色。粒形是一个典型的多基因控制的数量性状，具有上位性或加性效应。利用各种遗传群体已克隆了大量粒形基因，解释了粒形的主要变异，并据此绘制了复杂的分子网络（图2A），但仅有少数明星基因可用于粒形改良。垩白的形成是一个复杂的分子和生理机制，还涉及源库平衡。到目前为止，通过反向遗传学已经鉴定了许多与垩白有关的基因（图2B）。但是，在这些研究中，野生型水稻通常含有正常功能的等位基因和发育胚乳，通过突变体挖掘的严重垩白表型的突变等位基因很难用于实际的遗传改良。与之相反，目前通过正向遗传学克隆可降低垩白的有利基因极少。关于透明度和种皮颜色的调控机制，目前已知透明度主要与胚乳直链淀粉含量相关，淀粉含量和结构可能也会影响籽粒透明度。而种皮颜色主要涉及果皮中花青素合成代谢。最后，文章讨论了利用现有基因资源及其多效性对稻米外观进行遗传改良的可能性，以及水稻外观品质遗传研究的挑战和策略。
刘巧泉教授团队主要从事稻米品质性状的遗传改良研究。近年来，围绕稻米外观、蒸煮食味、营养等重要品质性状遗传改良，克隆了多个重要功能基因，并成功地应用于优质新品种的培育。相关研究工作相继发表在Nat Commun、Mol Plant、PNAS、Plant Biotechnol J、J Integr Plant Biol、Plant Physiol、Trends in Plant Sci等刊物上，本文是对近期水稻外观品质性状相关研究的总结和评述。
我院青年百人赵冬生为该论文的第一作者，刘巧泉教授为通讯作者，张昌泉副教授和李钱峰教授参与了论文撰写工作。该研究得到了国家自然科学基金、海南崖州湾种子实验室揭榜挂帅项目和江苏省优势学科等的资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975022001100
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