随着水稻直播等轻型栽培方式的推行,杂草稻成为危害仅次于稗草的第二大稻田杂草。杂草稻一般具有强落粒性和种子休眠性的杂草特征,但是各地报道的杂草稻形态变异较大,与水稻区分困难,尤其是营养生长前期。与杂草稻在世界上表现出极端多样的形态学变异相矛盾的是,在许多地区通过遗传标记分析的遗传多样性较低。因此有必要在较大的地理尺度上研究其遗传多样性及不同地区间的亲缘关系,明确其类型多样性以及其起源和演化。这对指导杂草稻防除研究和实践具有重要的理论与实践意义。杂草稻在中国部分省区已经有报道发生,为了了解杂草稻在全国的发生情况,我们从2006年开始对全国主要稻作区杂草稻的发生情况进行了调查采样。同时,采集了1303份样本,将之统一在南京实验农场进行种植,观察研究形态生物学性状,根据这些性状表现以及配合实地调查情况,鉴定杂草稻。结果显示江苏中部、广东西部、辽宁、黑龙江等地区杂草稻发生严重,已经对水稻生产造成严重威胁。其它地区稻田中发现的大量杂株经鉴定为水稻或一般的杂交不育株。总结杂草稻发生情况,杂草稻发生一般与直播、麦套稻等轻型栽培方式和自留稻种有关,直播栽培方式连续应用的时间越长危害越严重。这对拟试行直播栽培地区如西部需要充分考虑杂草稻发生危害的潜在风险。我们利用水稻基因组的简单重复序列标记(SSR,simple sequence repeat)对全国采集的杂草稻进行了遗传多样性分析。总共选择了22对标记,其中包括核基因组上的21个SSR标记,和线粒体基因组上的1个标记。这些标记在所有样品中总共产生64条多态性条带。分析结果显示,各地种群遗传多样性指数总体较低,但是各地种群的遗传多样性指数间变异较大。三个最重要的杂草稻发生区遗传多样性均较低,其中辽宁各地最低,总体遗传多样性h=0.09,铁岭种群最高遗传多样性指数也仅有h=0.09；江苏地区各地区间则差异较大,淮安,扬州和泰州较高,h分别为0.28,0.11和0.15,其它地区较低,最低的为江都和如皋地区,仅有0.02,江苏省总体遗传多样性可达到0.16；广东各地区遗传多样性指数除扬江仅有0.07外,其它地区均相对较高,总体为0.16。其它四个发生杂草稻的地区遗传多样性指数也较低。对各省内部的不同种群的遗传分化的研究显示辽宁和广东较低,江苏种群则较高。AMOVA(analysis of molecular variance)分析显示这三地主要的遗传多样性存在于三地之间,即不同地区间分化较大,显示可能有不同的起源。对于种群间的遗传分化分析则显示同一个省域内不同种群间遗传分化较小,江苏两种不同类型的杂草稻相互之间分化则较大。根据种群的Nei’s遗传距离进行种群间的聚类分析可将杂草稻主要分为籼和粳两类,分别与籼稻和粳稻对应。辽宁与其它东北的杂草稻偏粳型,同时包括云南昆明,以及江苏连云港地区的某些杂草稻。广东地区的杂草稻则和江苏中部扬州和泰州等以及贵州安顺等地的杂草稻一起与籼型水稻聚为一类,同时这一类还包括来自广西柳江与四川江油的杂草稻。利用杂草稻个体数据进行的主成分分析(PCA)也得出了相似的结论,杂草稻与在水稻主成分分量图上的分布位置重叠,其中野生稻更明显的处于籼粳稻中间的位置。将各地的水稻与杂草稻一起聚类我们发现大多数地区的杂草稻明显的与当地的水稻亲缘关系更近,如辽宁,广东,昆明各地的杂草稻。江苏目前种植的水稻主要是粳稻,与籼型的杂草稻关系较远。同时利用种群遗传结构分析软件Structure分析各地杂草稻与水稻的关系,当K=6时,辽宁和广东的杂草稻几乎与本地的水稻享有共同的遗传背景,而与采集自其它省区的水稻关系较远。江苏地区的杂草稻结构较复杂,大多与现有种植的水稻关系较远,少部分与广东地区的杂草稻有联系,且其粳型个体与野生稻关系较近。综合遗传距离和聚类分析等的结果,认为两种类型杂草稻起源于分别起源于籼型和粳型栽培水稻,而没有经过籼粳杂交,并且排除了普通野生稻在杂草稻起源中的作用。进一步还利用一段V型ATP酶的假基因(pVATPase)序列分析杂草稻与水稻和野生稻的关系,结果显示籼型杂草稻与粳型杂草稻分布在野生稻水稻形成的分支图上的两个独立的分支,可以认为它们是分别独立起源的。与已经公布的水稻和野生稻的相同序列相比,辽宁和广东的杂草稻与本地的水稻享有相同的单倍型,并且与其它水稻序列关系较近。分析的韩国杂草稻的pVATPase序列也与公布的三种水稻序列相近。来自越南和马来西亚的杂草稻则与广东的杂草稻属于同一个类群。这些结果进一步证实杂草稻来自于栽培水稻,而与野生稻关系较远。另外对控制水稻果皮颜色的基因进行了测序,水稻果皮颜色从野生稻的红色变为白色是因为控制色素沉淀的基因第六个外显子发生缺失突变,失去14bp序列,而所有红色果皮的杂草稻包括我们测序的来自辽宁、广东、江苏、云南以及韩国和越南的样品,均显示出具有与野生稻相同的基因序列,即含有这一段在水稻中缺失的序列。对于杂草稻获得这一序列的途径尚且没有合理的解释。对落粒性较强的沈阳杂草稻测序分析了位于第四条染色体上的落粒性主效基因SH4 (Shattering 4),这个基因在237位的G/T颠换导致水稻落粒性降低,测序结果与预测的相反,杂草稻并没有出现T/G回复突变,仍然具有与落粒性较弱的水稻一样的核苷酸序列。控制杂草稻落粒性的突变可能位于其它染色体上。对于杂草稻杂草性状遗传基础的阐明还需要进行更多的工作。