抽穗期是决定水稻品种的地域适应性及季节适应性的重要农艺性状。水稻是短日照作物，当前研究表明北方长日照条件下水稻能够正常抽穗主要是因为主效感光基因Ghd7/Hd4、DTH7/Hd2等功能缺失，它们的缺失基因型受到选择而固定下来，从而失去对下游促进基因(Ehd1及成花素基因Hd3a和RFT1)的抑制功能;然而下游这些促进因子是否也受到选择和驯化尚不清晰。近期中国科学院东北地理与农业生态研究所水稻种质资源挖掘与创新利用学科组方军团队鉴定了在高纬度地区显著促进水稻开花的Hd3a新等位基因，并从演化的角度解析了该基因受到选择的过程。

　　该团队利用199份北方粳稻品种进行全基因组关联分析，鉴定得到成花素基因Hd3a的一个新的等位基因，该等位基因在编码区有两个位点的碱基发生变化，SNP1位点是一个C435G的碱基替换，导致天冬酰胺(Asn)变成赖氨酸(Lys)。SNP2位点是一个C444T的碱基替换，仅造成编码氨基酸的同义突变。连锁不平衡分析显示，SNP1与引领SNP之间有很强的连锁不平衡，而SNP2分别与SNP1和引领SNP的连锁不平衡程度都很低(图1)。单倍型分析表明Hd3a-435G等位基因使得水稻在高纬度地区(长日照条件)提前10天开花。进一步利用199份北方粳稻品种和200份长江中下游温带粳稻品种分析了Hd3a-435G的地理分布，发现88份高纬度地区的品种带有Hd3a-435G等位基因(44.2%)，而仅有8份长江中下游的品种带有Hd3a-435G等位基因(4%)(图2)。总体上Hd3a-435G的等位基因频率从低纬度到高纬度地区不断增加，黑龙江的水稻品种具有最高的Hd3a-435G等位基因频率。这些结果为高纬度地区水稻的光周期调控提供了新的数据支撑，将促进水稻在区域适应性上的改良，进而提高产量。

图1. 鉴定Hd3a基因中的关键突变位点

图2.Hd3a-435G在驯化和传播过程中的演化与选择

　　研究成果近期发表在中科院一区期刊《Theoretical and Applied Genetics》上，中科院东北地理所特别研究助理韩忠民、江西农业大学博士研究生雷享亮为论文的共同第一作者，方军研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基因(U20A2025.31900423)、博士后黑龙江科研启动金(LBH-Q21198)和中科院院地合作项目(2021SYHZ0032)联合资助。

　　论文信息：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.

　　论文链接：https://doi.org/10.1007/s00122-023-04391-1