药用野生稻（Oryza officinalis Wall. ex G. Watt）是一种禾本科（Poaceae）稻属（Oryza L.）多年生草本植物，是我国现有的3种野生稻之一，是宝贵的基因库，具有抗病虫害、抗逆境胁迫、高光效、高产优质等许多优良性状[1-2]。药用野生稻为多年生的二倍体植物，染色体组为CC型，在稻属22个种中长势最强，是普通栽培水稻的20倍以上，其生长高度可达3 m。药用野生稻分布于亚洲、非洲和澳大利亚的热带和亚热带地区[3]，在中国主要分布在云南、广东和广西等地。1999年，药用野生稻被《国家重点保护野生植物名录（第一批）》列为国家二级保护的濒危物种[4]；2013年，被《中国生物多样性红色名录―高等植物卷》收录为极危植物[5]；2017年，被列入《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》，由此可见，药用野生稻作为资源的重要性。
药用野生稻等野生稻在我国有“植物大熊猫”之美誉，由于长期处于野生状态，药用野生稻经各种灾害和环境的自然选择，形成了丰富的变异类型，对水稻病虫害有较强抗性，是水稻育种和品种改良的重要遗传资源。鉴于药用野生稻重要的遗传育种价值和巨大的应用前景，其已成为近年来研究的热点，但大部分研究集中在资源调查[6]、生理生态学[7]、栽培育种[8]、抗病虫害鉴定[9]等方面，其分子遗传学和多组学的研究却相对滞后。药用野生稻作为全球珍贵的遗传资源，不仅因其丰富的生物多样性而受到科研关注，同时也因其在遗传育种研究中的潜在价值而显得尤为重要。面对全球气候变化和生物多样性丧失的挑战，深入研究药用野生稻的遗传特性及其对环境的适应性响应，对于保护和合理利用这一珍稀资源具有重大意义。本文对药用野生稻的种质资源、基因组、转录组和蛋白组研究4个方面现状进行综述，提出了研究中的不足，为其保护、可持续利用及农业应用提供科学依据和新思路。
1 药用野生稻种质资源研究
1.1 种质资源鉴定与遗传多样性分析
植物种质资源的鉴定，能鉴别出不同品种间的亲缘关系和遗传差异，并在此基础上进行遗传多样性分析，可以揭示该物种或居群的起源和进化，同时可为其遗传多样性保护和遗传改良奠定基础。传统的形态标记、细胞学标记和生化标记虽能提供直观的种质分类，但往往受环境变异影响大，难以精准反映植物的遗传特征和微小的遗传变异。相较之下，分子标记技术以其精确性、客观性和高通量的特点，在种质资源鉴定和遗传多样性分析中显示出显著优势。分子标记技术目前已广泛用于药用野生稻的种质资源鉴定和遗传多样性分析中，成为分析遗传进化、资源鉴定、遗传多样性、遗传结构和地理分化的有力工具，进而为制定药用野生稻保护策略提供了理论依据。
在遗传进化和资源鉴定方面，Aggarwal等[10]利用5对AFLP引物在药用野生稻复合群体中筛选出1191个多态性标记，表明药用野生稻复合群体内部具有丰富的遗传多样性，研究发现物种内的多态性水平明显低于物种间，显示了药用野生稻复合群体内有着显著的遗传分化。通过Neiʼs遗传距离分析，发现药用野生稻复合体中不同基因组（CC和CCDD）间以及与其他基因组的显著距离，突显出这些基因组在演化上的相对独立性。进一步聚类分析证实了内部明显的群体结构，不同基因组类型的物种形成了独特的聚类群，该研究为揭示了药用野生稻复合体内部及其与其他基因组间的显著遗传差异，为稻属内遗传多样性的广度提供了基础数据。紧接着，Joshi等[11]通过使用30对ISSR引物分析42个水稻属基因型，进一步验证了Aggarwal等[10]的发现。研究[11]发现，11对引物展示出显著的多态性和遗传多样性，这支持了水稻属物种可能经历了多源进化路径的假设。研究还通过详细的基因组聚类分析强调了药用野生稻（CC基因组）与其他基因组物种（EE基因组的澳洲野生稻）之间的遗传独立性。研究突显了CC基因组在水稻属中的独特演化路径，及其在基因组大小和结构上的显著差异，为理解药用野生稻在演化上的特殊地位提供了科学依据。郑景生等[12]利用SSR标记分析了18份野生稻的不同基因组材料，揭示了药用野生稻可能与根茎野生稻在CC基因组中的紧密亲缘关系表明，这2种物种可能是高秆野生稻、宽叶野生稻以及紧穗野生稻在CCDD基因组中的共同母系亲本，这一研究不仅扩展了对稻属遗传多样性的理解，而且为这些复杂的遗传和进化关系提供了新的视角。赵红敬等[13]建立了dCAPS分子标记体系，通过matk基因上的SNP位点，准确区分了药用野生稻、斑点野生稻、栽培稻及其他野生稻，为快速、准确鉴定不同类型的野生稻提供了有效的分子工具。谭光轩[14]利用RFLP标记技术详细表征了栽培稻日本晴和药用野生稻的BC2F1植株，成功地鉴定出含有药用野生稻单一染色体的栽培稻背景中的25个单体异源附加系（monosomic alien addition lines，MAALs），这些系列涵盖了药用野生稻的全部染色体，并从RFLP图谱揭示了A基因组和C基因组之间强烈的同源性，为探索稻属基因组进化和多样性提供了新的视角。
在遗传多样性分析方面，齐兰等[15]利用SRAP技术对海南的3种野生稻进行遗传多样性分析，发现药用野生稻在219个位点中表现出不同程度的多态性，揭示了药用野生稻在海南的3种野生稻种群中的遗传多样性，突出了自花授粉植物的遗传闭塞性和基因突变在药用野生稻种内遗传变异中的作用。通过聚类分析进一步揭示了地理遗传分化模式，指出生物地理学因素在种内分化中的重要作用。此研究首次应用SRAP分子标记技术在野生稻的遗传多样性研究中，证明了SRAP标记在非AA基因组的野生稻中检测遗传多样性的有效性。陈成斌等[16]使用RAPD技术发现116份广西药用野生稻具有丰富的DNA多态性和明显的遗传多样性，这挑战了此前认为其性状类型单一的观点。Gao[17]利用14对SSR标记对中国不同省份18个自然种群的442个个体进行SSR分析，发现不同种群间存在显著的遗传变异。遗传分化系数为0.442，说明种群间高度遗传分化，而总基因流仅为0.316，反映基因交流有限。大多数种群表现出杂合子频率低于预期和正近交系数，暗示药用野生稻存在异交和近交现象。该研究广泛涵盖药用野生稻在中国的分布区，但由于缺乏历史样本和未受人为干扰的自然对照种群，未能判断遗传多样性是否因生境破碎化而降低，此外，遗传分化可能源于地理隔离而非内在遗传结构。该研究为药用野生稻保护和遗传恢复提供了重要数据，并指出生境破碎化和基因流限制等保护挑战。
在遗传结构和地理分化方面，王玉微[18]用21对SSR分子标记对广西的10个药用野生稻居群进行了SSR分析，发现不同居群具有一定的遗传变异。同时发现遗传变异在居群间和居群内均为50%，但遗传距离与地理距离之间没有明显的相关性，说明广西地区药用野生稻遗传分化可能受到其他因素如生态隔离或历史隔离的影响。接着，苏龙等[19]采用25对SSR分子标记对广西境内1610份药用野生稻材料进行SSR分析，共获得181个等位变异，根据Shannon多样性指数确定了梧州市和南宁市为广西药用野生稻的遗传多样性中心。同时验证了广西药用野生稻具有高度的遗传多样性和显著的地理分化特点，此研究揭示了特定地区为遗传多样性的热点，这表明可能在局部地区内存在遗传交流的热点或生态位特化，也为制定区域保护策略提供了关键数据。孙希平等[20]利用39对SSR引物对海南81份药用野生稻进行扩增，发现无论在居群间还是居群内，遗传变异都很小，可能是因为使用的SSR引物是基于亚洲栽培稻设计的，不能完全适用于药用野生稻。
1.2 基因QTL定位与鉴定
药用野生稻具有优良丰富的基因。目前药用野生稻分子遗传学背景不清楚，这使得QTL的定位和鉴定变得困难，并且药用野生稻遗传背景的多样性可能掩盖或修改某些QTL的效应，增加研究的难度。但随着现代分子生物学技术的发展，研究人员已成功定位与鉴定了一批药用野生稻及其杂交后代优势相关QTL和基因。
梁肖仍等[21]利用RAPD标记技术鉴定了药用野生稻1665与栽培稻桂99远缘杂交后得到的抗褐飞虱近等基因系B3F4分离群体，发现了3个与抗褐飞虱基因表现连锁的RAPD分子标记（S229703、S403783和S11591408），不仅为水稻褐飞虱基因的精确定位和克隆奠定了基础，也增进了对药用野生稻抗褐飞虱机制的理解。张富铁等[22]使用AFLP技术研究药用野生稻在白背飞虱和褐飞虱侵害下的基因表达差异，发现14个差异基因受到2种飞虱共同调节，这些基因包括胁迫相关基因、信号传递途径基因以及维持细胞结构和功能的基因，揭示了药用野生稻对飞虱攻击的复杂分子响应，为开发新的抗虫策略提供了可能。李霞等[23]使用了水稻中基于图位克隆的抗稻瘟病基因Pib（10.3 kb）及与之连锁的RFLP标记作为探针，确定了Pib在药用野生稻染色体上的位置，为进一步探索Pib基因在药用野生稻抗病性中的功能研究提供了基础。Jena等[24]使用在栽培稻上映射RFLP的139个基因组和cDNA探针，首次在药用野生稻上构建了比较RFLP图谱，揭示了基因组结构的相似性和差异性，为药用野生稻和栽培稻之间的基因组比较提供了新的视角。Hirabayashi等[25]使用154个SSR标记进行了复合区间作图分析，鉴定了与早晨开花时间相关的QTL，并通过分子标记辅助选择确定了位于第3和第8染色体上的2个主要QTL（qEMF3和qEMF8），开发了具有早晨开花特性的近等基因系。此研究首次利用药用野生稻作为遗传资源，通过分子标记辅助育种来改善水稻的耐热性，并直接关联到气候变化对农业的影响，提供了一种实际可行的解决方案来减轻高温对水稻生产的负面影响，不仅为改善水稻的耐热性提供了新的策略，也展示了药用野生稻在适应环境压力中的潜在价值。Huang等[26]通过栽培稻与药用野生稻杂交获得褐飞虱高抗品系B5，利用RFLP标记对该品系的抗性基因进行定位，新发现第3号染色体的长臂和第4号染色体的短臂上各有1个抗性基因位点，分别为Qbp1和Qbp2，这2个基因与已知的褐飞虱抗性基因不同，为水稻育种计划提供了新的抗性资源。
1.3 基因文库的构建
常见的基因文库类型包括cDNA文库、基因组文库、EST文库、质粒文库、BAC文库、YAC文库、RNA文库等。Liu等[29]成功构建了药用野生稻的TAC文库，包含20 631个克隆，几乎涵盖了药用野生稻的整个基因组。侯思名等[30]利用BIBAC2载体构建了云南药用野生稻基因组DNA文库，包含53 760个克隆，平均插入片段76 kb，相当于药用野生稻基因组的5.86倍。阿新祥等[31]通过BAC文库的构建保存了药用野生稻遗传资源，文库容量相当于水稻基因组的5.1倍。潘小芬[32]利用新开发的TAC载体pYLTAC747NH/SacB，成功构建了药用野生稻的基因组文库。张欢欢等[33]构建了药用野生稻的抑制性差减杂交和cDNA文库，一批重要功能基因的cDNA被成功分离。
2 药用野生稻基因组及基因家族研究
基因组研究也称为基因组学，涉及基因组的结构、功能、进化和编辑等多个方面。基因组研究为解析物种遗传多样性和进化历史提供了基础，对于物种的遗传改良和持续利用具有重要意义。此外，基因组研究通过识别控制作物性状的关键基因，促进了作物育种的革新，使得育种更加高效和精确。这对于作物产量的提高、营养品质的改善和抗病虫害能力的增强都具有重要意义。2014年亚利桑那基因组研究所和亚利桑那大学共同完成了药用野生稻染色体3短臂的基因组测序，利用Sanger测序技术和phredPhrap软件进行基因组的测序和组装。2019年日本国立遗传学研究所利用药用野生稻W0002品系，结合二代Illumina和三代PacBio测序平台，首次对药用野生稻的单倍体基因组进行了Scaffold级别的组装。这项成果得到了大小为584.1 Mb的基因组，包含91个Scaffolds，尽管未达到完整的染色体级别组装，但为后续研究提供了重要基础（表1）。Shcherban等[34]通过对药用野生稻复合群体中gypsy-like逆转录转座子的整合酶编码域进行研究，揭示了该逆转录转座子家族在水稻遗传多样性中的作用和进化模式。特别是通过区分出的亚家族和高度的序列同源性为理解gypsy型逆转录转座子在稻属进化中的作用提供了新见解。此外，该研究的系统发育分析也为药用野生稻复合群体的物种间关系提供了新的证据，强调了紧穗野生稻在复合群体进化历史中的特殊地位。随后，Shenton等[35]利用日本国立遗传学研究所组装的药用野生稻的新参考C基因组以及紧穗野生稻和根茎野生稻的草图C基因组，发现药用野生稻基因组比栽培稻的A基因组大1.6倍，这主要是由于Gypsy型长末端重复转座元素的扩增造成的，但与其他稻属基因组（A、B和F）保持了整体的同源性关系。Zhang等[36]通过分析10个核基因序列，重建了药用野生稻及其近缘物种的系统发育关系，结果表明根茎野生稻和紧穗野生稻形成单系群，而药用野生稻则与它们形成姐妹群。Reddy等[37]对药用野生稻的串联重复DNA片段进行了分离和分析，发现这些序列在药用野生稻基因组中具有高度特异性和多态性，为理解其遗传多样性和演化提供了重要线索。
表1 药用野生稻基因组特征
Table 1
| 项目 Item | 药用野生稻第3染色体短臂 Chromosome 3 short arm of O.officinalis | 药用野生稻v1.0 O.officinalis v1.0 |
|---|---|---|
| 大小Size (Mb) | 26.2 | 584.1 |
| 无间隔长度Gapless length (Mb) | 26.1 | 583.2 |
| 染色体数目Number of chromosomes | 1 | 12 |
| Scaffold N50 (Mb) | 26.2 | 49.5 |
| Contig N50 (kb) | 71 | 367.6 |
| GC含量GC content (%) | 44.5 | 44 |
| 测序深度Sequencing depth | 8.0x | 60.0x |
| 测序手段Sequencing method | Sanger | Illumina HiSeq2500和Pacific Bio RSII |
| 登录号Accession number | GCA_000717455.1 | GCA_008326285.1 |
数据来自NCBI（
Data source from the NCBI (
基因家族通常由序列相似性高和功能相近或相关的一组基因构成，源于共同的祖先基因，通过基因复制事件（基因重复、染色体重复及基因组重复等）形成，并伴随功能分化、功能丧失或保留原功能的过程。基因家族成员在结构与功能上的差异，为揭示特定基因或蛋白的作用机制提供了关键信息，有助于深入理解其在生物体内的角色，且基因家族分析是理解物种进化关系的重要手段，通过比较不同物种中基因家族的变异与相似性，可以推断其起源、演化路径及功能演化。此外，基因家族研究为揭示生物体内的复杂调控网络和信号传导路径提供了框架，对于理解生物复杂性和生物系统功能至关重要。包颖等[38]鉴定了8个淀粉合成酶基因的完整编码序列，系统发育分析显示这些基因属于不同淀粉合成酶基因家族，说明药用野生稻与栽培稻在淀粉合成酶基因家族的进化上表现出高度一致性。随后，景翔[39]发现药用野生稻中淀粉合成酶基因家族不同成员的表达差异，揭示了这些基因在不同器官间的时空特异表达现象。马亢[40]成功鉴定了药用野生稻中的VDAC和ANT基因家族的特定分布，为进一步研究这些基因家族在药用野生稻中的功能提供了基础。
3 药用野生稻转录组研究
转录组（transcriptom）指的是在特定发育阶段或环境条件下，一个细胞、组织或生物体内所有RNA分子的集合，包括mRNA（信使RNA）、非编码RNA（如tRNA、rRNA、miRNA等）和其他未分类的RNA种类。转录组学利用高通量测序技术（如RNA测序，简称RNA-Seq）和生物信息学方法，对这些RNA分子进行定量和功能分析，从而揭示基因表达的动态变化和调控机制。转录组学研究因其在揭示基因表达调控、理解生物学过程、疾病机制研究以及促进新药发现等方面的巨大潜力，已成为现代生命科学不可或缺的一部分。Bao等[41]利用RNA-Seq技术对药用野生稻叶片转录组进行分析，生成约2300万条读数，构建了68 132个非冗余基因序列（unigenes）。通过功能注释，鉴定了与疾病抗性相关的476个unigenes，这些基因可能成为改良栽培稻品质和提高产量的重要遗传资源，拓宽了对CC基因组野生稻种类的遗传背景理解。He等[42]使用Illumina HiSeq 2000平台对药用野生稻的叶、茎和根进行de novo组装，得到137 229个contigs。通过功能注释，鉴定了植物―病原体相互作用和植物激素调节途径的候选基因，揭示了药用野生稻中与抗病性相关的基因表达情况。Kitazumi等[43]通过比较药用野生稻与日本栽培稻在低温逆境下的生物学响应，发现药用野生稻保留了复杂的低温响应网络，即BES1网络，这一网络在栽培稻中似乎已分散。BES1网络在调节生长与逆境反应之间平衡方面可能发挥关键作用。夏昌选等[44]通过RNA-Seq分析药用野生稻在模拟干旱条件下的转录组，识别出154个MYB转录因子家族转录本，并筛选出3个干旱响应基因，为药用野生稻的抗逆基因研究提供了基础。Liu等[45]研究了药用野生稻中的NAC转录因子家族，并将其用作探测药用野生稻基因组的转化能力人工染色体库的探针，成功筛选出含有NAC基因的阳性基因组片段，为药用野生稻的抗逆改良提供了新途径。戴双凤等[46]通过转录组测序分析了药用野生稻在模拟干旱条件下的基因表达，识别了bZIP家族基因OobZIP1和OobZIP2，为药用野生稻bZIP家族基因及其在抗逆性和遗传改良中的潜在应用提供了初步验证。谢海媚等[47]通过转录组测序分析药用野生稻在模拟干旱条件下的基因表达，发现2个差异表达的NAC家族基因OoNAC1和OoNAC2，进一步证明了其在应对盐胁迫中的潜在作用。Jiang等[48]通过分析药用野生稻的转录组数据，深入研究了其中的WRKY基因家族，为未来改良水稻品种以增强抗白叶枯病能力提供了有益的信息。
4 药用野生稻蛋白组研究
蛋白组指的是一个细胞、组织、器官或生物体在特定条件下所有蛋白质的集合。蛋白组包括蛋白质的表达水平、修饰状态、相互作用网络以及它们在不同时间和条件下的动态变化。蛋白组学利用各种技术，如双向电泳、液相色谱―质谱联用（LC-MS/ MS）等，对蛋白质进行全面的鉴定、定量和功能分析。蛋白组学通过全面分析蛋白质的表达、结构、功能和调控机制，对理解生物复杂性、疾病机理研究、药物开发和临床诊断等方面都具有重要的科学价值和应用前景。Zhang等[49]通过蛋白质组学分析揭示了褐飞虱侵袭对药用野生稻蛋白质表达的影响，发现褐飞虱侵袭导致药用野生稻以及易感水稻品种中蛋白质发生复杂的变化。这些变化涉及脂氧合酶（LOXs）、狄尔蛋白（DIRs）和OsDTC1等关键酶，这些酶与药用野生稻的可遗传抵抗BPH特性密切相关，为发展新的水稻抗虫品种提供了潜在的分子标记。此外，还发现热休克蛋白（HSP20）可能是培育褐飞虱抗性水稻的潜在标记蛋白，HSP20的发现为水稻抗褐飞虱育种提供了新的方向，可能在未来水稻抗虫品种的培育中起到重要作用。
5 展望
5.1 加强药用野生稻遗传进化和资源鉴定的研究
分子标记技术为鉴定药用野生稻种质资源和遗传多样性研究提供了宝贵的视角，但在揭示药用野生稻遗传进化和系统分类方面仍存在局限性。分子标记的特异性特别是当涉及精确解析药用野生稻如何通过遗传变异适应其环境时，现有方法显示出几个关键不足：第一，SRAP和AFLP等分子标记技术能够标识出药用野生稻遗传多样性和基本的群体结构，但不能提供足够的信息来详细描绘药用野生稻的演化历史。这些技术倾向于生成大量难以解释的遗传标记，而缺乏对这些标记在生态和演化过程中功能的具体理解，无法明确这些变异是如何影响药用野生稻对其生态环境适应性的关键因素。第二，现有的分子标记技术尚未充分利用在药用野生稻特定生态环境中形成的适应性遗传结构，这一点是理解物种如何在不同环境中演化出独特适应性特征的关键。第三，分子标记技术在解析药用野生稻基因组中与适应性特征相关的特定基因或基因组区域方面存在限制。Joshi等[11]使用ISSR标记成功揭示了一些药用野生稻基因组变异，但如何将这些变异与药用野生稻的生态适应性直接关联仍是一大挑战。第四，药用野生稻资源种间和种内的遗传差异在生态适应性方面的具体作用还远未被完全理解。例如，虽然已经识别出药用野生稻与根茎野生稻在CC基因组中具有较高的亲缘关系[50]，但这些遗传关系如何转化为生态适应性优势仍不清楚。
为了克服这些限制，并更全面地理解药用野生稻的演化历史及其适应策略，一是应利用高通量测序技术和全基因组关联研究（GWAS）来揭示遗传变异与特定生态适应性状之间的直接联系，进一步更精确地解析药用野生稻的遗传结构和演化历史；二是结合生态学数据和精细的遗传地理信息，采用生态基因组学方法来研究药用野生稻在不同环境压力下的适应性演化和评估环境因素对遗传分化的影响；三是建立自然生境中药用野生稻长期的生态和遗传监测站点，追踪气候变化对其遗传多样性和种群结构的影响，为其保护和可持续利用提供科学依据。
5.2 推进药用野生稻基因（QTL）定位与鉴定的研究
在药用野生稻基因（QTL）定位与鉴定研究中，尽管已有药用野生稻基因的抗逆、抗病虫害、优异性状的基因（QTL）被定位与鉴定，但仍存在着一些局限：一是药用野生稻遗传背景的多样性增加了分子标记与QTL鉴定的难度，药用野生稻的多样性可能掩盖或改变某些QTL的效应，使得准确定位和功能解析变得复杂；二是研究者已初步定位和鉴定了与重要农业性状相关的一些QTL和基因，但研究还不够深入；三是研究人员得出优异表型是由微效位点控制的结论，易受环境因素的影响，这给药用野生稻遗传基础解析增加了难度，也是目前优异基因位点挖掘和QTL定位研究推进较慢的原因之一，导致很多基因仍未被克隆；四是目前过度依赖特定的遗传性状可能会导致遗传基础的狭窄化，从而影响作物的长期可持续性和对环境变化的适应能力。
因此，应推进药用野生稻基因（QTL）定位与鉴定的研究。一是利用高通量测序技术开发更多的SNP标记，增加标记的密度以更细致地覆盖遗传多样性。并结合表型数据、基因组数据以及环境数据，使用机器学习和统计模型解析复杂的遗传背景中的QTL效应。二是对已定位的QTL进行更深入的功能研究，如基因敲除、敲入和CRISPR-Cas9基因编辑以验证其在农艺性状中的作用。同时增加样本量，采用GWAS，提高检测到的QTL的准确性和可靠性。三是在控制的环境条件下进行试验，以确定QTL在不同环境条件下的表现稳定性。进一步开发和应用能考虑环境因素影响的统计模型，更好地预测QTL在自然条件下的效应。四是通过有目的的杂交和后代选择，引入更多野生稻的遗传元素，以增加栽培稻的遗传多样性。其中不仅选择单一性状的优良基因，还要综合考虑多性状的协同效应，以保持遗传背景的广泛性。
5.3 加强基因文库的使用和分析及推进多组学研究的全面性
构建基因文库是理解药用野生稻遗传基础的重要步骤。首先，通过TAC、BIBAC2、BAC等不同类型的文库覆盖药用野生稻的基因组，为后续的基因鉴定和功能分析提供强大的资源。其次，转录组和蛋白组研究为理解药用野生稻的生物学功能提供了重要视角。转录组学通过高通量测序技术揭示了基因表达的动态变化，而蛋白组学则从蛋白质水平上提供了生物学过程的直接证据。这2种方法相辅相成，转录组学能够快速识别表达变化的基因，蛋白组学则能揭示这些变化如何影响蛋白质的表达和功能。
尽管在药用野生稻的基因文库构建、基因组及基因家族研究、转录组和蛋白组研究领域已取得显著进展，但仍存在若干研究空白。首先，目前已进行了基因组测序，但药用野生稻的高质量、完整染色体级别的基因组参考序列仍然缺乏，这限制了对其基因组结构和遗传多样性的深入理解。其次，目前已有研究通过构建TAC、BIBAC、BAC等不同类型的基因文库保存了药用野生稻的遗传资源，但对这些文库的深入利用和分析以发掘有用基因和特性仍然不足。再者，单独的转录组和蛋白组分析为理解基因表达和蛋白质功能提供了宝贵信息，但这些数据的系统整合和应用于功能基因组学的研究还相对有限。最后，基因编辑技术为功能基因的精确操作和育种提供了强大工具，但在药用野生稻中的应用研究还相对较少。
因此，必须加强药用野生稻的深入研究和科学利用。一是利用最新的高通量测序技术和生物信息学方法，构建高质量、完整染色体级别的药用野生稻基因组参考序列。二是加强基因文库的使用和分析。利用生物信息学工具和基因功能注释分析，从基因文库中筛选和鉴定与重要农艺性状相关的候选基因，加速发掘药用野生稻中的有用基因和特性，为其遗传改良和功能性研究提供强大动力。三是整合利用转录组和蛋白组数据，深入理解基因表达调控网络和蛋白质相互作用，揭示其在药用野生稻生长发育和逆境响应中的作用。四是开展基因编辑技术在药用野生稻中的应用研究，特别是对于那些难以通过传统育种手段改良的性状，如抗性和适应性等。
参考文献
云南三种野生稻原生境植物种群的调查及比较分析
对云南省境内的3种野生稻40个原生境的植物群落进行了考察，共记录植物159种，分属于51科。按乔木层、灌木层、草本层对野生稻原生境植物种类进行分类，乔木层植物共6科1亚科11种，灌木层植物共29科60种，草本层植物共20科88种；普通野生稻原生境的植物种类95%为草本层，疣粒野生稻的植物则有明显的垂直层次结构。普通野生稻原生境植物共计20种，均为特有植物种，分属于5科，主要为禾本科和莎草科；药用野生稻原生境植物共计25种，分属于19个科，特有种15个；疣粒野生稻原生境植物共计125种，分属于45科，特有植物种数达117个。最后就3种野生稻原生境植物种类调查的意义、外来物种对野生稻的原生境威胁等问题进行了讨论。
广东省药用野生稻的调查收集与保护
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20210831004
[本文引用: 1]
为了全面了解广东药用野生稻自然生存现状，为我国野生稻资源的保护提供决策依据，2006、2012-2018 年对广东药用野生稻生存状况进行了调查。结果查明，截至 2018 年 12 月，广东 8 个县市 17 个乡镇尚存药用野生稻，共有分布点 21个，其中 3 个点为首次发现。现有分布点中，47.6% 的分布点分布范围小于 67 m2 或只有零星几丛甚至 1 丛，38.1% 的分布点分布范围在 67~666 m2 之间，只有 14.3% 的分布点分布范围在 2000 m2 以上。根据历史资料统计，广东原有 11 个县市 35 个乡镇有药用野生稻，共有分布点 79 个。本次实地调查了其中 47 个点，只有 18 个点尚有药用野生稻。按实地调查的分布点计算，分布点丧失率为 61.7%，呈现濒危趋势。调查发现，造成药用野生稻消失的主要原因有城镇化建设、开垦种植果树和经济林、除草剂的使用以及伴生植物禾本科杂草的快速生长等。调查的同时，抢救性收集了 94 份药用野生稻种茎样本进行异位保存，并对其主要性状进行了鉴定评价，初步鉴定出 10 份抗褐稻虱、11 份中抗白叶枯病种质。同时还繁种入中期库保存，丰富了保存的药用野生稻资源，提高了保存种质的安全性。
云南药用野生稻幼穗离体培养研究
DOI:10.3969/j.issn.1006-8082.2020.02.012
[本文引用: 1]
药用野生稻由于结实率低、落粒性强，难以利用种子保存繁殖。为了进一步在育种中有效地利用药用野生稻抗虫、抗病、抗旱、分蘖力强等优良特性，本研究利用药用野生稻幼穗，通过离体培养方法获得植株再生苗。实验设计了10种不同生长调节剂浓度的愈伤诱导培养基，筛选出N6+2,4-D 2.0 mg/L+植物凝胶 2.8 g/L + 蔗糖30 g/L、pH值5.8是最适合愈伤诱导的培养基；设计了10种分化培养基，筛选出N6+6-BA 0.3 mg/L+NAA 0.3 mg/L+ZT 2.0 mg/L+KT 3.0 mg/L+植物凝胶 2.8 g/L+蔗糖30.0 g/L、pH值5.8最适合作分化的培养基。设计了10种生根培养基，1/2 N6+ NAA 0.2 mg/L + 植物凝胶 2.8 g/L + 蔗糖15.0 g/L、pH值5.8最适合作生根培养基。研究发现用4℃低温对幼穗前处理，然后使用强弱光照交替进行预培养后再进行愈伤诱导，可获得较高的愈伤诱导率。
云南药用野生稻抗稻瘟病鉴定与评价
Phylogenetic relationships among Oryza species revealed by AFLP markers
Genetic diversity and phylogenetic relationship as revealed by inter simple sequence repeat (ISSR) polymorphism in the genus Oryza
利用SRAP标记研究海南野生稻的遗传多样性与遗传分化
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.2013.03.006
[本文引用: 1]
利用8对多态性较好的SRAP引物对海南120份普通野生稻、55份疣粒野生稻和26份药用野生稻进行扩增，在检测到的219个位点中，普通野生稻的多态性位点率为74.89％，疣粒野生稻为42.47％，药用野生稻25.11%。香农指数以普通野生稻最高0.3277，疣粒野生稻为0.2044，药用野生稻最低0.1113。UPGMA聚类分析结果显示供试材料与地理来源相一致，相关性强，各居群个体间没有出现任何交叉。根据居群间的遗传分化系数，普通野生稻群体的基因多样性为0.2135，群体内的平均基因多样性大于居群间的基因漂变，说明普通野生稻居群遗传分化不显著，遗传多样性主要来自于居群内，基于群体杂合度和居群遗传多样性指数特点，认为实施保护策略时，优先保护遗传多样性最丰富的WDL和WDA居群。疣粒野生稻居群存在中等程度的遗传分化，建议原生境保护；药用野生稻居群数量较少，建议原生境保护。
Microsatellite variation within and among populations of Oryza officinalis (Poaceae), an endangered wild rice from China
Comparative RFLP mapping of a wild rice, Oryza officinalis, and cultivated rice, O
A comparative RFLP map was constructed in a wild rice, Oryza officinalis, by using 139 genomic and cDNA probes that had been used previously to map RFLPs in O. sativa. Nine of the 12 chromosomes of O. officinalis were highly homosequential to those of O. sativa. A major rearrangement of gene order was detected in chromosome 1 and small inversions were found in chromosomes 3 and 11. Fourteen translocated RFLP markers were found, and chromosome 11 contained a high frequency of such translocated segments. Results were consistent with meiotic and trisomic analysis, which suggested that the genomes of O. officinalis and O. sativa were similar. Applications of comparative maps in plant breeding and gene cloning are discussed.
qEMF3,a novel QTL for the early-morning flowering trait from wild rice, Oryza officinalis, to mitigate heat stress damage at flowering in rice, O. sativa
Identification and mapping of two brown planthopper resistance genes in rice
Complementation of plant mutants with large genomic DNA fragments by a transformation- competent artificial chromosome vector accelerates positional cloning
Diversity in the integrase coding domain of a gypsy-like retrotransposon among wild relatives of rice in the Oryza officinalis complex
The Oryza officinalis complex is a genetically diverse, tertiary genepool of rice. We analyzed part of the primary structure of the integrase coding domain (ICD) of a gypsy-like retrotransposon from species of the O. officinalis species complex. PCR was performed with degenerate primers that hybridized to conserved sequences in the integrase genes of gypsy-type retrotransposons, using total DNA from different species of the O. officinalis complex as templates. Cloning and sequencing of the PCR products showed that the amplified fragments are highly homologous to each other (75-90%) and belong to one family of retrotransposons that is related to the previously studied RIRE-2 element from rice. Two main subfamilies of 292 and 351 bp were distinguished. Analysis of primary sequence data supports previous reports that sequence divergence during vertical transmission has been the major influence on the evolution of gypsy-type retrotransposons in Oryza species. Based on sequence data phylogenetic relationships among species of the O. officinalis complex were estimated. The data suggests that O. eichingeri is more closely related to the ancestral species of the complex.
Evolution and diversity of the wild rice Oryza officinalis complex, across continents, genome types, and ploidy levels
DOI:10.1093/gbe/evaa037
PMID:32125373
[本文引用: 1]
The Oryza officinalis complex is the largest species group in Oryza, with more than nine species from four continents, and is a tertiary gene pool that can be exploited in breeding programs for the improvement of cultivated rice. Most diploid and tetraploid members of this group have a C genome. Using a new reference C genome for the diploid species O. officinalis, and draft genomes for two other C genome diploid species Oryza eichingeri and Oryza rhizomatis, we examine the influence of transposable elements on genome structure and provide a detailed phylogeny and evolutionary history of the Oryza C genomes. The O. officinalis genome is 1.6 times larger than the A genome of cultivated Oryza sativa, mostly due to proliferation of Gypsy type long-terminal repeat transposable elements, but overall syntenic relationships are maintained with other Oryza genomes (A, B, and F). Draft genome assemblies of the two other C genome diploid species, Oryza eichingeri and Oryza rhizomatis, and short-read resequencing of a series of other C genome species and accessions reveal that after the divergence of the C genome progenitor, there was still a substantial degree of variation within the C genome species through proliferation and loss of both DNA and long-terminal repeat transposable elements. We provide a detailed phylogeny and evolutionary history of the Oryza C genomes and a genomic resource for the exploitation of the Oryza tertiary gene pool.© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Society for Molecular Biology and Evolution.
Multilocus analysis of nucleotide variation and speciation in Oryza officinalis and its close relatives
Characterization of new variants of a satellite DNA from Oryza officinalis, specific for the CC genome of wild rice
Two groups of tandemly repeated DNA fragments have been isolated and cloned from the Oryza officinalis genome (W 1278). These fragments have been sequenced and are 374 and 367 bp long. They were compared with an element previously isolated from another O. officinalis accession. They are 76 and 92% homologous to the latter and show 78% homology between themselves. The two types of elements are interspersed within large blocks of tandemly organized units. Their copy number is in the range of 200,000 units. This sequence was present only in wild rice accessions with a CC genome. However, this apparent specificity is even more restricted, since it was absent from some O. officinalis accessions and from the allotetraploid species of the CCDD type. Use of digestions with 4-bp restriction enzyme cutters and analysis on denaturing polyacrylamide gels revealed polymorphism that might be used to map the repeats in the genome as well as to establish the relationship between accessions. Finally, hybridization of the repeated sequence to DNA prepared from the eight available O. sativa-O. officinalis monosomic addition lines revealed that the elements are located on two alien chromosomes. This suggests that these elements have at least some restricted chromosome specificity.
药用野生稻叶中淀粉合成酶基因家族的序列分化和特异表达
DOI:10.11983/CBB14147
[本文引用: 1]
淀粉不仅是植物自身和后代生长繁殖的重要营养与能量储备, 而且是人类膳食中碳水化合物的主要来源。植物中淀粉合成主要发生在两个阶段, 一是在形成临时淀粉的光合作用阶段, 另一个则是在成为贮藏淀粉的营养积累阶段。相对于最后的淀粉贮藏阶段, 临时淀粉的形成阶段在植物整个碳水化合物代谢过程中扮演着更为重要的角色, 然而却一直少有关注。为深入研究初始淀粉合成过程中相关酶在植物中的进化模式, 选取了药用野生稻(Oryza officinalis)为研究对象, 通过对其全叶转录组的重测序, 定性、定量地调查了淀粉合成酶基因家族在稻属野生物种光合器官中的基因类型和表达变化。共有8个淀粉合成酶基因的完整编码序列在药用野生稻的叶中首次被识别。系统发育分析表明, 这8个基因分别隶属SSI、SSII、SSIII、SSIV、SSV和GBSSII基因家族。序列比较和相对表达定量分析显示, 药用野生稻与栽培稻的淀粉合成酶基因家族的进化模式具有高度的一致性, 两个物种的同源基因在mRNA水平的序列相似度达到95%-98%。基于非同义置换和同义置换比率的统计检验表明, 8个基因在两个物种间均经历了严格的纯化选择。另外, 3个在栽培稻胚乳中特异表达的基因在药用野生稻的叶转录组中未筛查出来, 而4个在栽培稻叶中优势表达的基因在药用野生稻叶中同样呈现相对较高水平的表达。
De Novo assembly and characterization of Oryza officinalis leaf transcriptome by using RNA-Seq
De Novo Transcriptome Sequencing of Oryza officinalis Wall ex Watt to identify disease-resistance genes
Potential of Oryza officinalis to augment the cold tolerance genetic mechanisms of Oryza sativa by network complementation
Drought-tolerant rice germplasm developed from an Oryza officinalis transformation- competent artificial chromosome clone
DOI:10.4238/2015.October.28.29
PMID:26535682
[本文引用: 1]
Oryza officinalis has proven to be a natural gene reservoir for the improvement of domesticated rice as it carries many desirable traits; however, the transfer of elite genes to cultivated rice by conventional hybridization has been a challenge for rice breeders. In this study, the conserved sequence of plant stress-related NAC transcription factors was selected as a probe to screen the O. officinalis genomic transformation-competent artificial chromosome library by Southern blot; 11 positive transformation-competent artificial chromosome clones were subsequently detected. By Agrobacterium-mediated transformation, an indica rice variety, Huajingxian 74 (HJX74), was transformed with a TAC clone harboring a NAC gene-positive genomic fragment from O. officinalis. Molecular analysis revealed that the O. officinalis genomic fragment was integrated into the genome of HJX74. The transgenic lines exhibited high tolerance to drought stress. Our results demonstrate that the introduction of stress-related transformation-competent artificial chromosome clones, coupled with a transgenic validation approach, is an effective method of transferring agronomically important genes from O. officinalis to cultivated rice.
Transcriptome analysis of WRKY gene family in Oryza officinalis Wall ex Watt and WRKY genes involved in responses to Xanthomonas oryzae pv. oryzae stress
Proteomic analysis of the rice (Oryza officinalis) provides clues on molecular tagging of proteins for brown planthopper resistance
DOI:10.1186/s12870-018-1622-9
PMID:30658570
[本文引用: 1]
Among various pests, the brown planthopper (BPH) that damages rice is the major destructive pests. Understanding resistance mechanisms is a critical step toward effective control of BPH. This study investigates the proteomics of BPH interactions with three rice cultivars: the first resistant (PR) to BPH, the second susceptible (PS), and the third hybrid (HR) between the two, in order to understand mechanisms of BPH resistance in rice.Over 4900 proteins were identified from these three rice cultivars using iTRAQ proteomics study. A total of 414, 425 and 470 differentially expressed proteins (DEPs) were detected from PR, PS and HR, respectively, after BPH infestation. Identified DEPs are mainly enriched in categories related with biosynthesis of secondary metabolites, carbon metabolism, and glyoxylate and dicarboxylate metabolism. A two-component response regulator protein (ORR22) may participate in the early signal transduction after BPH infestation. In the case of the resistant rice cultivar (PR), 6 DEPs, i.e. two lipoxygenases (LOXs), a lipase, two dirigent proteins (DIRs) and an Ent-cassa-12,15-diene synthase (OsDTC1) are related to inheritable BPH resistance. A heat shock protein (HSP20) may take part in the physiological response to BPH infestation, making it a potential target for marker-assisted selection (MAS) of rice. Quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) revealed eight genes encoding various metabolic proteins involved in BPH resistance. During grain development the expressions of these genes varied at the transcriptional and translational levels.This study provides comprehensive details of key proteins under compatible and incompatible interactions during BPH infestation, which will be useful for further investigation of the molecular basis of rice resistance to BPH and for breeding BPH-resistant rice cultivars.
Origin and phylogeny of Oryza species with the CD genome based on multiple-gene sequence date
