来自华中农业大学的研究人员借助于全基因组关联分析(GWAS)方法，生成了关于水稻代谢自然变异一些遗传学及生物化学新见解。研究结果发布在6月8日的《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志上。
华中农业大学的罗杰(Jie Luo)教授和练兴明(Xingming Lian)副教授是这篇论文的共同通讯作者。罗杰教授主要从事植物此生代谢及代谢组学、植物生物技术研究。练兴明副教授的主要研究方向为水稻营养高效分子生物学。
植物生成大量化学和生物各异的化合物。这些植物代谢产物不仅对于植物自身至关重要，它们与环境之间的相互影响也为人类提供了必不可少的营养、能量和医药资源。据报道，诸如水溶性B6一类的维生素可以降低高血压、糖尿病等一些重要的人类疾病的发病率。近期的一些研究还证实它们在植物抗氧化应激细胞防御中起作用。此外，酚酰胺(phenollamides)和类黄酮(flavonoid)等次生代谢产物也在对抗生物和非生物胁迫中发挥着必不可少的作用。类黄酮还能在人体中发挥健康促进效应，帮助对抗一些慢性疾病和癌症。
水稻是最重要的粮食作物之一，全世界近一半的人口以稻米为食。了解水稻代谢物组自然变异的遗传机制对于确保全球食品供应的质量、安全及可持续性至关重要。当前的水稻品种是从野生稻演化而来，显示出高度的遗传多样性。了解不同的品种之间某些代谢性状的遗传和生物化学基础将为培育出抗胁迫能力增强、营养增加的优良品种提供一些重要的信息。
然而到目前为止，对于水稻代谢性状的遗传结构研究还是基于利用双亲物种进行数量性状遗传位点(QTL)连锁作图。尽管提供了一些有价值的信息，这种方法显然无法扩展用于调查大量不同种质资源之间巨大的变异。此外，采用传统的方法解析生物合成信号通路通常费时费力。GWAS研究结合代谢组学分析(mGWAS)使得同时对大量的品种进行筛查，了解遗传对于代谢多样性的影响以及它们与复杂性状之间的相关性变为可能。
在这篇文章中，研究人员报告称对840种代谢产物进行了全面的分析，并对来自529个不同的栽培稻品种的约640万SNPs进行了进一步的mGWAS分析。他们以高分辨率鉴别出了数百个常见变异，它们影响了许多具有大影响的次生代谢产物。
研究人员观察发现不同水稻亚种间代谢产物自然变异存在极大的差异，并揭示出了潜在的遗传结构。通过挖掘数据他们鉴别出了36个候选基因，这些基因调控了具有潜在生理学和营养学重要性的一些代谢产物的水平。作为概念验证，他们对5个影响某些代谢性状的候选基因进行了功能注释。
新研究提供了关于水稻代谢组变异遗传和生物化学基础的一些新认识，并为水稻改良提供了一个强有力的补充工具。