疣粒野生稻保護、遺傳特性及利用研究進展

付堅 陳玲 柯學 張敦宇 陳越 殷富有 王玲仙 肖素勤 黃興奇 程在全

摘要：疣粒野生稻（Oryza meyeriana Baill.）是稻屬中保存較多原始性狀特征的種類，對病害、蟲害及非生物脅迫的抗性良好，尤其是高抗白葉枯病，蘊含大量優良基因，既可作為抗病、抗蟲、耐旱和耐鹽堿基因發掘及水稻育種的優良抗源材料，也可作為稻作高蛋白、高賴氨酸等改良稻米品質育種的優異種質資源;但疣粒野生稻（GG基因組）與栽培稻（AA基因組）親緣關系較遠，其遺傳特性研究和發掘利用遠落后于普通野生稻等其他野生稻。文章通過綜述疣粒野生稻分類和命名、優異性狀、遺傳特性及其在水稻種質資源創新與利用等方面的研究進展，并探討疣粒野生稻研究和利用過程中存在的困難，指出當前疣粒野生稻賴以生存的原生境不斷遭到破壞，其生存形勢已十分嚴峻，若現存的居群得不到有效保護，將會造成更多的資源流失;此外，疣粒野生稻基因組的復雜程度限制了其功能基因及基因家族的研究，同時增加了同源基因克隆的難度和準確度，致使疣粒野生稻有利基因的發掘和利用進程緩慢，以疣粒野生稻為親本的育種研究非常有限。因此，今后要從以下3個方面加強疣粒野生稻研究：（1）重視疣粒野生稻的保護，加強保存、保護措施研究;（2）借助現代生物技術，包括第三代高通量測序技術、蛋白組學分析和代謝組學技術等開展疣粒野生稻優異性狀調控機理研究，加強抗病、抗蟲、耐旱及耐陰等功能基因的發掘。（3）加強疣粒野生稻雜交障礙和雜交后代不育研究，尋求克服雜交障礙及挽救雜交后代的方法，促進疣粒野生稻在水稻育種中的應用。

關鍵詞： 疣粒野生稻;優良性狀;遺傳特性;有利基因;保存保護

中圖分類號： S511.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）05-1070-10

Abstract：Oryza meyeriana Baill.， with GG genome type（2n=24）， was considered to be one of the more primitive ecotypes in the Oryza genus. O. meyeriana has excellent stress resistance such as disease， insects and abiotic stress， especially bacterial blight disease. O. meyeriana contains abundant fine genes， it can be used as gene pool for disease resistance， insect resistance， drought tolerance and saline-alkaline tolerance and new variety breeding. It is also fine germplasm resource for rice variety improvement with high protein content and high lysine content. The research of genetic characteristics and utilization in O. meyeriana have been less well studied than other wild rice species such as O. rufipogon Griff.， because the relationship between O. meyeriana（GG genome） and cultivated rice（AA genome） were far from each other .In the present article，the latest research progresses related to classification and nomenclature， hereditary character of fine trraits and utilization status in rice germplasm innovation were reviewed. In this paper， the difficulties of research and utilization of O. meyeriana were discussed， and pointed out that the original habitats on which O. meyeriana depended for survival were constantly damaged， and O. meyerianas survival situation was very severe. If the existing in-suit population was not conserved effectively， more wild resources would be lost. The complexity of the genome of O. meyeriana led to difficulties of functional genes and gene families study， and decreased the accuracy of homologous gene identification. The practices on breeding O. meyeriana as parents were rare since the exploration and utilization of favourable genes were slow. Based on the problems above，more studies need to be focused on O. meyeriana from the following three aspects：（1）attach importance to the conservation and improve the research of conservation and protection measures of O. meyeriana;（2）use modern biotechnologies， including the third generation of high-throughput sequencing technologies， proteomics analysis and metabonomics analysis to conduct the regulation mechanism research on fine traits，and enhance the exploration of functional genes that related to disease resistance，insect resistance，drought tolerance and shade tolerance;（3）strengthen the study on crossbreeding barriers and sterility of hybrids， overcome the obstacle of hybridization and save the hybrids， promote the utilization of O. meyeriana in rice breeding.

Key words： Oryza meyeriana Baill.; fine traits; genetic characteristics; valuable genes; conservation and protection

Foundation item： National Natural Science Foundation of China for Local Area（31560384）; Science and Techno-logy Major Peoject of Yunnan（2018ZG005）; Project of Basic Agricultural Research of Yunnan[2017FG001（-023）]

0 引言

野生稻是水稻近緣野生種的總稱，全世界共有22種（陳成斌，2005）。長期的自然選擇促使野生稻形成極其豐富的變異類型，且具有抗多種非生物逆境、抗病蟲害、優質、高產及廣適應性等優良特性，是創制栽培稻新品種的重要基因資源庫（鄂志國和王磊，2008）。疣粒野生稻（Oryza meyeriana Baill.）是稻屬中保存較多原始性狀特征的種類，但其屬于GG基因組，與栽培稻（AA基因組）的親緣關系較遠，無法通過常規的雜交方式進行育種，致使疣粒野生稻的遺傳特性研究不夠深入（Aggarwal et al.，1997;錢韋等，2000;鐘代彬等，2000）。因此，疣粒野生稻有利基因的發掘及利用遠落后于普通野生稻和藥用野生稻。近年來，隨著超級稻品種的大量培育與推廣種植，水稻產量再創新高（萬建民，2010;李建武等，2015）。但在水稻新品種的選育過程中，因定向選擇過濾掉了大量潛在優良基因，造成現代栽培稻品種遺傳基礎狹窄，缺乏對病蟲害及各種非生物脅迫的抗性或耐性，而解決這一問題的有效方法就是創制新的水稻種質資源，拓寬水稻育種中可選擇的變異范圍。野生稻保存著許多栽培稻沒有的優良遺傳特性和有利基因，是擴寬水稻遺傳基礎、培育抗性品種和優良品種的重要種質資源，且人們也逐步認識到疣粒野生稻的優良遺傳特性及其有利基因的重要作用。本文通過綜述疣粒野生稻分類和命名、優異性狀、遺傳特性及其在水稻種質資源創新與利用等方面的研究進展，并探討疣粒野生稻研究和利用過程中存在的困難與應對策略，以期為疣粒野生稻在水稻遺傳育種中的高效利用提供參考。

1 疣粒野生稻的基本特征

1. 1 疣粒野生稻的形態特征

疣粒野生稻（圖1）為多年生草本植物，其植株叢狀散生，株高30.00～75.00 cm，具5～9個節，有明顯的地下莖;根系不發達，能宿根越冬;葉片長5.00～20.00 cm、寬0.60～2.00 cm，基部呈圓形，形狀似竹葉，葉鞘長5.00～8.00 cm，無色或微帶紫色，葉舌長0.10～0.20 cm，具明顯葉耳。疣粒野生稻花序為簡單的圓錐狀，穗直無穗枝，疏生，長圓形小穗，小穗長0.50～0.65 cm，穎退化僅留痕跡;不孕外稃呈錐狀，具1脈，孕性外稃無芒，頂端鈍或有短小的3齒，表面具有不規則的疣粒狀突起，易落粒，結實率較高;小花具6枚雄蕊，花藥呈黃白色，具2個柱頭，白色柱頭外露;穎果長0.50～0.60 cm、寬0.22～0.33 cm，米粒多為淡紅色，質優，玻璃質（張萬霞和楊慶文，2003;朱慧賢和李紅梅，2009）。

1. 2 疣粒野生稻的分類和命名

至今，疣粒野生稻的分類和命名尚無明確定論。20世紀40年代末—21世紀初，由于O. meyeriana組亞種分化證據不足，僅發現其存在小穗長度差異的單一形態特征，據此將O. meyeriana組分為2個亞種，即O. meyeriana（Zoll. et Mor. ex Steud.）Baill.和O. granulate Nees et Arn. ex Watt.（Chatterjee，1948;Chang，1988;Vaughan，1994）。Tateoka（1962）研究認為，O. meyeriana組只有1個種，但該種包括3個亞種，分別為subsp. meyeriana、subsp. granulata和subsp. abromeitiana。Gong等（2000）將O. meyeriana組的2個亞種進行雜交，雜交后代并未出現生殖隔離，故認為這2個亞種實為1個種，而將二者歸并為O. granulate Nees et Arn. ex Watt.。吳萬春等（1990，1995）通過對小穗長度、內外稃形態及地理分布的研究，發現中國疣粒野生稻與O. meyeriana組的2個亞種存在明顯區別，故推測中國疣粒野生稻應為1個新的亞種，并命名為瘤粒野生稻[O. meyeriana（Zoll. et Mor. ex Steud） Baill. ssp. Tuberculata W. C. Wu et Y. G. Lu，G. C. Wang]。因此，O. meyeriana組是否應分為不同亞種還是合并為1個種尚無定論。

由于疣粒野生稻分類尚未統一，因而造成其學名使用較混亂。中山大學植物研究所于1932和1933年在海南崖縣南發現此種，命名為O. meyeriana Baill.，該學名被廣泛使用（Gao et al.，1999;Yan et al.，2004b;Fu et al.，2009;Cheng et al.，2016）;在《中華人民共和國野生稻植物資源保護條例》的國家重點保護植物名錄中，使用的是O. granulate Nees et Arn. ex Steud.（李文華和趙獻英，1984）;但也有不少學者認為中國疣粒野生稻應為O. granulate Nees et Arn. ex Watt.（Xiong et al.，2004;Qian et al.，2006;Yuan et al.，2010，2011;吳春燕和高立志，2013）。為了便于描述，本文統一采用O. meyeriana Baill.這一學名。

1. 3 疣粒野生稻的分布

疣粒野生稻感溫性強，其生長溫度一般不低于20 ℃。疣粒野生稻主要分布于南亞和東南亞地區，包括斯里蘭卡、印度、尼泊爾、柬埔寨、泰國、老撾、緬甸、印度尼西亞及菲律賓等國家（Vaughan，1994）。在我國的分布主要在南方地區，包括云南、海南和臺灣等地，但臺灣省的疣粒野生稻已滅絕（錢韋等，2001）。疣粒野生稻分布于海拔425～1100 m的樹林下和樹林邊緣地帶，或在陽光散射或蔭蔽的山坡上，常與雜草共生。

2 疣粒野生稻的優異性狀

疣粒野生稻性狀優異，對病蟲害及非生物脅迫的抗性良好，尤其是高抗白葉枯病，經不同白葉枯病生理小種（HB84-17、T1、P1、C5和Y8等）的多次接種鑒定，發現來自我國云南和東南亞的疣粒野生稻在整個生育期均表現出對接種菌株的高抗，甚至免疫的特性，其抗性優于藥用野生稻和普通野生稻（彭紹裘等，1982;章琦等，1994）。疣粒野生稻對稻瘟病的抗性因接種方式不同而存在差異。自然誘發和噴霧接種稻瘟病菌時，疣粒野生稻表現為中抗或高抗;而注射接種稻瘟病菌時，疣粒野生稻表現為感或高感。也有學者認為這種抗性差異可能與其葉片表面結構有關，對附著于表面的稻瘟病菌可形成天然屏障，但不能抵御已侵入的病菌（梁斌等，1999;王韻茜等，2018）。此外，疣粒野生稻具有抗細菌性條斑病特性（宋兆建等，2010）。疣粒野生稻的抗蟲特性也很突出。經溫室和大田抗蟲鑒定，發現疣粒野生稻對褐飛虱表現出高抗（邢佳鑫等，2015），對螟蟲也表現出較好的抗性（宋兆建等，2010），但目前對疣粒野生稻的抗蟲特性尚缺乏系統研究。疣粒野生稻具有耐陰性，尤其是中等蔭蔽條件更有利于其生長;疣粒野生稻耐旱性強，旱季地上部分枯死時會進入休眠，但地下的不定芽仍存活，遇到適宜條件時即重新發芽生長（錢韋等，2001）。

除了抗逆性強外，疣粒野生稻還具有較高的營養價值。疣粒野生稻的蛋白含量為15.30%，高于栽培稻的9.15%;總氨基酸含量為52.63%，顯著高于栽培稻;直鏈淀粉含量為17.36%，低于秈稻但高于粳稻，符合低直鏈淀粉的品質要求;疣粒野生稻還含有豐富的礦質元素，5種常量礦質元素（鈣、鎂、鉀、鈉和磷）及微量元素總含量分別較栽培稻提高13.00%和63.92%，其中鐵和鋅含量高出栽培稻1.0倍以上（程在全和黃興奇，2016）。疣粒野生稻還具有其他多個優異性狀，如耐鹽堿、總黃酮含量均高于普通黑米及常年可開花結實等（錢韋等，2001;樊傳章等，2007;宋兆建等，2010;李定琴等，2015）。由此可見，具有多個優異性狀的疣粒野生稻既可作為抗病、抗蟲、耐旱和耐鹽堿基因發掘及水稻育種的優良抗源材料，也可作為稻作高蛋白、高賴氨酸等改良稻米品質育種的優異種質資源。

3 疣粒野生稻的遺傳特性

3. 1 基因組研究

疣粒野生稻基因組大小為1201 Mb，約是栽培稻（450 Mb）的2.7倍，為稻屬二倍體型中的第二大基因組物種（Uozu et al.，1997;Ammiraju et al.，2006;Zou et al.，2008）。Wu等（2018）對疣粒野生稻進行基因組測序（De novo測序），結果獲得約780 Mb的組裝序列，是實施稻屬基因組計劃以來，獲得稻屬中最大的基因組測序組裝序列。已有學者采用熒光原位雜交（Fluorescence in situ hybridization，FISH）和比較基因組雜交（Comparative genomic hybridization，CGH）等方法對疣粒野生稻基因組大于栽培稻的原因進行探究，結果發現疣粒野生稻基因組存在中度和高度重復序列加倍的現象，Cot-1 DNA在疣粒野生稻染色體中大多均勻分布，推測在進化過程中其原始祖先基因組可能發生了更廣泛的序列躍進式擴增，致使基因組急劇增加（Lan et al.，2007）;疣粒野生稻中存在LTR反轉座子，其中RIRE2、ATLANTYS和Copia等3個亞型在基因組中迅速擴展，對基因組擴增具有重大貢獻。RIRE2、ATLANTYS和Copia等3個基因的同源性基因幾乎在所有已發表水稻基因組中均有發現，說明這些基因存在于稻屬的共同祖先中。對LTR反轉座子完整序列的檢測結果也顯示，其在100萬～300萬年前疣粒野生稻物種形成后即開始獨立擴增（Wu et al.，2018）。盡管疣粒野生稻與栽培稻的基因組差異較明顯，但二者染色體的DNA序列大部分同源（賈東亮等，2001），對疣粒野生稻轉錄組進行注釋發現有91.51%的片段重疊群（contig）可注釋到水稻基因組中（He et al.，2015），從基因組測序組裝序列中也預測出40116個與栽培稻同源的功能基因（Wu et al.，2018）。綜上所述，疣粒野生稻在早期通過基因組擴展的方式進行分化，最終與稻屬的其他物種形成清晰界限。疣粒野生稻屬于GG基因組，與栽培稻親緣關系較遠，其轉錄組Reads與粳稻日本晴、秈稻9311的映射率分別為57.09%和57.65%（He et al.，2015）。

3. 2 遺傳多樣性研究

特有的生境和生物學特征促使疣粒野生稻形成了獨特的遺傳分化模式及群體遺傳變異特性。其一，通過分子標記和基因組學分析，發現疣粒野生稻是稻屬植物中界限清晰、分化較早的種類，在進化系譜樹中處于最基礎的位置（Ge et al.，1999;Ammiraju et al.，2007;Jacquemin et al.，2009）。在世界范圍內，分布于菲律賓的疣粒野生稻可能是分化較早的群體（Qian et al.，2006）;在我國境內，分布于云南思茅的疣粒野生稻是分化較早的群體，是我國疣粒野生稻的遺傳多樣性中心（Qian et al.，2001）。可見，疣粒野生稻對于研究稻屬基因組進化具有重要意義。其二，與稻屬其他種類相比，疣粒野生稻的變異最豐富。疣粒野生稻基因組的重復序列和衛星序列差異明顯（賈東亮等，2001），根據栽培稻基因組設計的120對SSR引物，在普通野生稻中幾乎都能擴增出預期條帶，但在疣粒野生稻中只有39對SSR引物能擴增出正常帶型（孫希平等，2007）。宋云等（2012）通過擴增并測序禾本科植株單拷貝核基因TPI，發現稻屬及其近緣屬等18個序列的堿基變異豐富，其中疣粒野生稻變異最明顯，并據此開發出可準確鑒定疣粒野生稻的分子標記ptYL211。其三，疣粒野生稻居群內的遺傳變異較低，但居群間呈劇烈的遺傳分化現象（Gao et al.，1999，2000;Wu et al.，2004;Qian et al.，2006;Cheng et al.，2012），究其原因可能是疣粒野生稻屬于嚴格的自花授粉植物，基本不存在通過花粉傳播引起的基因交流，居群內的遺傳變異主要來自基因突變（孫希平等，2007）;疣粒野生稻是旱生植物，借助水力傳播種子的可能性較小，且疣粒野生稻大部分通過營養生殖進行擴繁，因此居群內的遺傳變異較低。隨著熱帶亞熱帶原生境的破壞，致使碎裂的疣粒野生稻群體間基因流強烈受阻，在長期的進化過程中各群體間的遺傳變異較高（Gao et al.，1999，2000，2005;Cheng et al.，2012）。因此，保護疣粒野生稻自然居群有利于保護其遺傳多樣性，對探討其遺傳分化及演化具有重要意義，同時可為其遺傳資源的科學保護和利用提供參考依據。

3. 3 功能基因挖掘

3. 3. 1 抗白葉枯病基因發掘及其抗病機理探索 疣粒野生稻具有許多優異性狀，以抗白葉枯病尤為突出，其基因鑒定和定位是當前疣粒野生稻基因發掘的研究熱點。植物抵抗病原菌的能力可能由物理機械作用決定，也可能由生理生化作用決定，或由兩個作用共同決定。植物抵抗病原菌的物理機械作用需具備特殊結構，抵抗病原菌的生理生化作用則由抗病基因調控（荊彥輝和徐正進，2003;袁莉民等，2006）。疣粒野生稻對白葉枯病的高抗性是由其特殊物理機械組織決定還是由特定抗病基因決定至今尚未明確，程在全等（2008）曾研究發現，疣粒野生稻的葉片形態特征雖與栽培稻差異明顯，但其與感病的栽培稻（米泉黑芒）在無蠟質層、葉肉組織、薄壁細胞和表皮細胞等方面一致，二者的表皮毛、維管束及厚壁組織等差異并不明顯，不足以引起抗病性差異。說明疣粒野生稻抗病并非借助其特殊葉片結構的物理作用，而是由基因控調生理生化作用所引起。

目前，已在疣粒野生稻中定位了4個抗白葉枯病基因。xa32（t）基因來自中國疣粒野生稻，定位于水稻第12染色體上RM8216與RM20A間的8.6 cM范圍內（阮輝輝，2008）;從南亞和東南亞疣粒野生稻中定位了3個抗白葉枯病基因，分別位于水稻第1、3和5染色體上，連鎖標記分別為RM128、R03D159和R05D104，但這3個位點尚未命名（Wang et al.，2015）。此外，楊睿等（2015）從云南疣粒野生稻中克隆獲得2個抗白葉枯病等位基因（Omxa5和Omxa13），其編碼蛋白分別與水稻xa5蛋白和xa13蛋白具有相同的保守結構域。其中，Omxa13蛋白Mt N3.1結構域的氨基酸突變，能影響與Cu2+轉運蛋白COPT1和COPT5的相互作用，致使疣粒野生稻木質部維管束中維持較高的Cu2+濃度，抑制細菌生長而起到抗病作用;Omxa5蛋白是否有抗病功能，還有待進一步探究。

疣粒野生稻基因與栽培稻的基因相似性非常高，但并未克隆或定位到現有的抗白葉枯病基因，故推測疣粒野生稻中含有新的抗病基因。劉繼梅等（2003）從疣粒野生稻中克隆獲得的6個NBS-LRR類基因和1個STK類基因，其推導氨基酸序列與已知抗病基因L6、N、Bs2、Prf、Pto、Lr10和Xa21的推導氨基酸序列相似性均低于25.0%。疣粒野生稻/粳稻品種8411進行體細胞雜交后獲得2個抗白葉枯病新種質（SH5和SH76），二者的抗譜與已知抗病基因的抗譜不同，但與IRBB5（xa5）和IRBB7（Xa7）相似，采用xa5和Xa7基因的分子標記（2F_1R和M5）分別進行檢測，結果確定種質SH5和SH76中并未含有xa5和Xa7基因（黃佳男等，2008）。李定琴等（2015）通過抗性鑒定和PCR檢測，確定疣粒野生稻不含已知的xa5、xa13和Xa27抗性基因。He等（2015）對云南疣粒野生稻進行轉錄組測序分析，發現有4個Xa1重疊群在根部組織表達，3個Xa26重疊群在葉片組織表達，2個Xa26重疊群在莖組織表達，1個Xa26重疊群在根部組織表達。可見，疣粒野生稻中含有多個新的抗病基因或連鎖的基因簇群，其蘊藏的大量抗病基因有待進一步發掘。

近年來，水稻專家們在發掘抗白葉枯病基因的同時對疣粒野生稻抗病機理進行深入研究。疣粒野生稻受白葉枯病菌脅迫后，首先是觸發其自身免疫反應，Ca2+信號傳導相關基因CNGC、CDPK、CaM/CML、Rboh和NOS轉錄水平增加，PAL基因表達增強，苯丙烷物質合成等代謝途徑被激活;其次，激活植物的水楊酸（SA）和茉莉酸（JA）激素信號途徑，該途徑中的關鍵基因NPR1、TGA、COI1和JAZ高表達;第三，泛素蛋白途徑中的E2和E3基因轉錄水平提高，泛素介導的蛋白降解途徑參與疣粒野生稻抗病過程（Cheng et al.，2009，2016）;第四，其他抗病相關基因的表達增強了疣粒野生稻抗病性，包括含有LRR結構域的ME281基因（呂廣磊等，2009）及具有STK類結構域的ME196基因等。此外，光合作用、呼吸作用、物質運輸、信號傳遞及活性氧清除等相關基因也響應白葉枯病菌的脅迫（Luo et al.，2010）。以上途徑組成復雜的基因調控網絡共同調控疣粒野生稻抵御白葉枯病。

3. 3. 2 其他基因的發掘研究 疣粒野生稻功能基因發掘研究主要集中在抗白葉枯病基因的鑒定和定位上，而有關抗蟲及抗非生物脅迫等優異基因的研究鮮見報道，如疣粒野生稻抗褐飛虱基因的發掘目前尚停留在分子水平鑒定上。邢佳鑫等（2015）研究證實云南疣粒野生稻不含Bph1和Bph18（t）抗性基因，但含有bph2和bph19（t）的同源基因。疣粒野生稻雖含有水稻抗稻瘟病基因Pid2和Pid3的同源基因（OmPid2和OmPid3），但其表達水平存在明顯差異，過表達OmPid2和OmPid3基因的轉基因日本晴植株對稻瘟病菌敏感，因此推測這2個基因具有其他功能而對稻瘟病的抗性作用不明顯（王韻茜等，2018）。乙烯是疣粒野生稻的激素信號途徑，調控疣粒野生稻植株對逆境脅迫的抵抗（Kieber，1997）。韓繼成等（2004）從海南疣粒野生稻中克隆獲得水稻乙烯受體蛋白編碼基因OSERS的同源基因，其相似性為95.59%。

4 疣粒野生稻的利用情況

疣粒野生稻屬于GG基因組，與AA基因組的栽培稻親緣關系較遠，難以通過常規雜交獲得后代，導致疣粒野生稻在水稻育種中的應用遠落后于普通野生稻等。已有學者通過多年的研究和實踐，于2000年應用不對稱體細胞雜交技術成功獲得栽培稻IR36與疣粒野生稻的遠緣雜種后代，實現了疣粒野生稻有利基因的轉育（黃艷蘭等，2000）。隨后，通過該技術又獲得疣粒野生稻與栽培稻大粒香的雜交后代，創制了20份新種質，篩選出4份高抗白葉枯病的種質材料（嚴成其等，2002;Yan et al.，2004a）。在此基礎上，通過與栽培稻大粒香回交創制了帶有疣粒野生稻基因的近等基因系Y73，該近等基因系抗PXO86等9個白葉枯病生理小種（Wang et al.，2013）。此外，Yan等（2004b）以疣粒野生稻和栽培稻8411通過體細胞雜交，并從雜交后代中篩選出2份高抗（SH5和SH7）和10份中抗白葉枯病的種質材料;朱永生等（2004）以X射線處理疣粒野生稻原生質體并與感病栽培稻02428進行體細胞雜交，結果獲得40株攜帶疣粒野生稻基因且對白葉枯病菌生理小種PXO61和PXO79表現抗性的融合植株，但融合植株均表現不育。不對稱體細胞融合在疣粒野生稻中的成功應用，為其他存在生殖障礙的作物育種提供了參考依據，因此加強疣粒野生稻優良遺傳性狀利用仍是今后研究的重點。

5 疣粒野生稻保護與利用面臨的挑戰

5. 1 疣粒野生稻的瀕危與保存保護現狀

疣粒野生稻曾廣泛分布于南亞、東南亞和我國南部（Vaughan，1994），由于原生境的破壞，致使疣粒野生稻資源快速消失，為此我國已將疣粒野生稻列為二級保護瀕危植物（高立志和洪德元，1999）。疣粒野生稻在我國臺灣、云南和海南等地曾廣泛分布，但由于城鎮與工業的快速發展及缺乏有效的保護措施，其原生境不斷遭到破壞，分布點已消失70%～96%，居群規模極大縮減而處于瀕危狀態。我國臺灣省的疣粒野生稻已滅絕（錢韋等，2001）。海南省的疣粒野生稻原生居群現僅剩11個，分布在保亭縣保城鎮、三亞市崖城鎮、五指山市暢好鄉、昌江縣和樂東縣（云勇等，2015）。云南省的疣粒野生稻曾在全省7個州市19個縣廣泛分布，居群數量多達122個，但目前僅有5個州市14個縣還保留有37個分布點，其中29個居群的生境也受到不同程度的破壞，居群消失率接近70%（程在全和黃興奇，2016）。可見，我國疣粒野生稻生存形勢已十分嚴峻，若現存的居群得不到有效保護，將會造成更多的資源流失。目前，針對疣粒野生稻的保護措施主要有原位保護（In-situ conservation）和異位保護（Ex-situ conservation）（盧寶榮，1998;楊慶文等，2005）。在全球環境基金和聯合國開發計劃署的資助下，我國先后在云南省的玉溪市元江縣和新平縣、西雙版納州景洪市、思茅市瀾滄縣及保山市龍陵縣建立了疣粒野生稻原生境保護區;在海南省保寧縣設立了疣粒野生稻封閉式的原位保護區（萬亞濤等，2007;胡興潤，2013;楊世先等，2018）。與此同時，針對野生稻開展遷出原生境的異位保護，如在云南省西雙版納州景洪市建立的云南野生稻種質圃收集了包括疣粒野生稻在內的多種野生稻植株。云南省農業科學院生物技術與種質資源研究所也對疣粒野生稻進行多種方式的保存和保護，包括在昆明市建立200 m2的溫室作為保存圃，保存來自云南各分布點的疣粒野生稻;將疣粒野生稻成熟期種子保存于種質庫的中長期庫中;將疣粒野生稻的愈傷組織、基因組DNA及BIBAC文庫長期保存于-80 ℃冰箱中（錢韋等，2000;肖素勤等，2017）。可見，通過常規方法與生物技術相結合構建的云南疣粒野生稻系統保護網，不僅有效地保護了野生資源，還在分子水平上直接保存了遺傳物質，最大程度提高了保存和保護的安全性，為珍稀植物資源保存保護方法和策略制定提供了寶貴的借鑒經驗。

雖然疣粒野生稻已得到一定程度的保存和保護，但其種質資源仍面臨著諸多問題。其一，一些分布點較小且分散在保護區外的疣粒野生稻居群極易因毀林開荒、經濟作物種植而消失;其二，在云南少數民族藥用土著知識中，疣粒野生稻具有抗菌消炎、清熱降火等功效，被認為是治療肝炎等疾病的良藥，其原生境地區的草醫常采集和挖掘疣粒野生稻（樊傳章等，2007），導致疣粒野生稻數量不斷減少;其三，南亞、東南亞國家的疣粒野生稻居群未能得到有效保存和保護。因此，疣粒野生稻的保護形勢十分嚴峻。

5. 2 疣粒野生稻有利基因的發掘與利用進展

疣粒野生稻具有許多優異特性，但有利基因的發掘及其育種利用進展緩慢。究其原因：（1）疣粒野生稻屬于GG基因組，與AA基因組的栽培稻親緣關系較遠，雜交授粉后無法形成細胞型胚乳，或胚乳退化早，大多數雜種胚不能正常發育成幼胚（Fu et al.，2009），難以獲得雜交后代，因此疣粒野生稻的優良性狀無法轉移到栽培稻上。雖然通過不對稱體細胞雜交技術獲得了少量疣粒野生稻與栽培稻的融合植株，但融合植株通常敗育，加上疣粒野生稻基因組約為栽培稻的2.7倍，不對稱體細胞雜交難度大、成功率低。（2）疣粒野生稻與栽培稻遠緣雜交較困難，而無法構建基因定位群體，因此，有利基因的定位和圖位克隆也無法實現。（3）疣粒野生稻基因組較復雜，導致其功能基因的發掘研究進展緩慢。組學研究曾揭示疣粒野生稻基因組存在大量高度重復區段和躍進式擴增（Lan et al.，2007;Wu et al.，2018），但具體原因尚不明確。疣粒野生稻基因組的復雜程度增加了其功能基因、基因家族研究的難度，同時增加同源基因克隆的難度和準確度，致使疣粒野生稻有利基因的利用難度增加，造成對其種質資源保護的松懈及研究進程緩慢，進而加快疣粒野生稻資源的消失。

6 展望

疣粒野生稻具有抗病蟲害、抗多種非生物脅迫及耐陰等優良特性，在水稻育種中的應用潛力巨大;但疣粒野生稻資源快速、大量消失的現狀及其復雜的基因組，致使其遺傳特性研究尚局限于表層而難以深入，功能基因發掘較欠缺，育種利用程度不高。因此，今后要從以下3個方面加強疣粒野生稻研究：（1）重視疣粒野生稻的保護，加強保存、保護措施研究;（2）借鑒現代生物技術，包括第三代高通量測序技術、蛋白組學分析和代謝組學技術等開展疣粒野生稻優異性狀調控機理研究，加強抗病、抗蟲、耐旱及耐陰等功能基因發掘。（3）加強疣粒野生稻雜交障礙和雜交后代不育研究，尋求克服雜交障礙及挽救雜交后代的方法，促進疣粒野生稻在水稻育種中的應用。

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（責任編輯 蘭宗寶）