在籼粳亚种杂交优势利用与理想株型相结合理论指导下培育的超高产品种实现了我国水稻单产的又一次飞跃，为我国粮食安全做出了巨大的贡献。籼粳杂交优势理论与利用多针对于亚种间核基因组间的相互作用，对细胞质作用的报道与探讨非常有限。本研究以东北粳稻为试材，利用生物信息学与生物技术手段，结合经典遗传学分析方法，分析东北主栽品种细胞质的籼粳属性，并通过回交选育的方法构建同核异质系，阐述籼质粳核粳稻核质互作优势产生的植物学机理，证明核质互作对于北方粳型超级稻育种同样具有重要意义，将是水稻超高产育种理论与方法的有益补充。研究结果如下： （1）通过开发细胞质基因组籼粳属性鉴定的DNA分子标记，筛选到一些高产品种与超高产品种的细胞质亚种分化位点上为籼型，如沈农265、沈农9741、辽粳454、沈农9816等，同时对光合作用和呼吸作用相关的细胞质功能基因进行测序分析发现粳核籼质材料具有籼亚种背景。试验表明籼质粳核材料固定下来的杂种优势可能来源于籼型细胞质与粳稻细胞核整体的互作，而并非个别基因间的互作。该成果为东北粳稻材料细胞质籼粳属性鉴定研究提供鉴定方法和相关功能基因研究提供技术支撑。 （2）构建双列杂交群体遗传分析发现，杂交后代F1的穂数、穗长和穗粒数加性效应达显著性水平，穗粒数、理论产量的显性方差达显著水平，分蘖数、理论产量的母性方差达显著水平且理论产量的母体遗传比率达显著水平，与产量相关的农艺性状的加性×环境、显性×环境和母体效应×环境互作遗传方差都达显著性水平，分蘖数和千粒重对产量有极显著的正向母体效应贡献。双列杂交遗传解析证明产量及产量相关农艺性状受细胞核基因组、细胞质基因、核质基因互作以及与环境互作的共同影响，细胞质基因的遗传效应主要体现在分蘖数和理论产量上。该成果为籼型细胞质对东北粳稻产量贡献提供理论基础，为籼粳杂交优势利用育种供理论依据。 （3）同核异质系材料与亲本相比，每株的分蘖数、穂数和理论产量均高于亲本材料，该研究结论进一步证实了双列杂交的遗传分析结果的推断。同核异质系RNA-seq转录组表达差异分析发现，在沈农265//龙稻18同核异质系中有223和99个转录本呈现上调和下调表达2.0倍以上，共有120个转录本在数据库有功能注释，在沈农265//绥粳18同核异质系中有18和5个转录本呈现上调和下调表达2.0倍以上，共有9个转录本在数据库有功能注释。基因功能及其所参与的调控途径分析结果表明，这些差异表达基因主要参与水稻细胞的抗氧化作用、物质和能量代谢、光合作用等生物学过程。光合作用和呼吸作用已知相关基因表达在同核异质系中下调，细胞核相关功能基因表达上调。该成果为籼粳杂交优势利用水稻品种的选育提供材料基础，为细胞质及核质互作对水稻产量贡献的分子机理研究提供可靠的证据。 发表学术论文4篇，其中SCI论文1篇，授权实用新型专利2个，制定地方标准1项，申请外观专利1项。

黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所

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