中國(guó)科學(xué)報(bào)報(bào)道 中國(guó)研究人員近來(lái)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以同時(shí)影響水稻品質(zhì)和產(chǎn)量的關(guān)鍵功能基因GW8，將它應(yīng)用到新品種水稻的培育中，有望讓水稻變得優(yōu)質(zhì)又高產(chǎn)。相關(guān)成果6月24日由英國(guó)《自然—遺傳學(xué)》雜志在線發(fā)表。
該成果由中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員傅向東、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授張桂權(quán)和中國(guó)水稻研究所研究員錢(qián)前組成的科研團(tuán)隊(duì)共同完成。
傅向東介紹，在科技部、農(nóng)業(yè)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院的支持下，經(jīng)過(guò)多年的協(xié)作與攻關(guān)，研究小組從世界上最好吃的水稻巴基斯坦的Basmati品種中，成功克隆了一個(gè)可幫助稻米品質(zhì)提升和增產(chǎn)的關(guān)鍵基因GW8。在Basmati水稻中，GW8基因啟動(dòng)子產(chǎn)生變異，導(dǎo)致該基因表達(dá)下降，使籽粒變?yōu)榧?xì)長(zhǎng)型，提升了稻米品質(zhì)。而該基因高表達(dá)可促進(jìn)細(xì)胞分裂，使籽粒變寬，提高灌漿速度，增加籽粒重，從而促進(jìn)水稻增產(chǎn)。此項(xiàng)成果首次闡述了GW8基因在水稻增產(chǎn)和品質(zhì)提升中起到的關(guān)鍵作用，進(jìn)而揭開(kāi)了水稻品質(zhì)和產(chǎn)量同步提高的分子奧秘，還可望由此進(jìn)一步研究出更為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的水稻新品種。
傅向東介紹，目前在我國(guó)大面積種植的高產(chǎn)水稻品種中都含有GW8基因，表明GW8基因已在我國(guó)水稻增產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。研究人員在海南、廣州、北京的6個(gè)點(diǎn)田間試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，GW8基因一個(gè)關(guān)鍵位點(diǎn)突變既可提升水稻品質(zhì)，又可促進(jìn)穗粒數(shù)增加。將突變后GW8基因的新變異位點(diǎn)導(dǎo)入Basmati水稻品種后，在保證優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)上可使其產(chǎn)量增加14%；將它導(dǎo)入我國(guó)高產(chǎn)水稻品種后，在保證產(chǎn)量不減的基礎(chǔ)上可極顯著提升稻米品質(zhì)。
傅向東說(shuō)，水稻的品質(zhì)與產(chǎn)量處于“魚(yú)和熊掌很難兼得”的境況，原因之一是二者都由多個(gè)基因控制且受環(huán)境影響較大。
水稻GW8基因的成功克隆和分子機(jī)制的闡述，為雜交水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)分子育種直接提供了有重要應(yīng)用價(jià)值的新基因，也為揭示水稻品質(zhì)和產(chǎn)品協(xié)同提升的分子奧秘提供了新線索。
我國(guó)研究人員24日在英國(guó)《自然遺傳學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以同時(shí)影響水稻品質(zhì)和產(chǎn)量的基因，將它應(yīng)用到新品種水稻的培育中，有望讓稻米優(yōu)質(zhì)又高產(chǎn)。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東研究員、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)張桂權(quán)教授和中國(guó)水稻研究所錢(qián)前研究員組成科研團(tuán)隊(duì)，在研究巴基斯坦的巴斯馬蒂品種水稻時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)名為GW8的基因與水稻品質(zhì)有關(guān)。這個(gè)基因可以讓稻米變得更為細(xì)長(zhǎng)，還會(huì)影響米粒色澤、米粒中淀粉粒的排列和結(jié)構(gòu)等特性，提高稻米在外觀、口感等多方面的品質(zhì)。進(jìn)一步研究又發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)大面積種植的一些高產(chǎn)水稻中也含有這個(gè)基因，只不過(guò)這些水稻中含有的是GW8基因的另一個(gè)變異類型，其主要作用不是影響品質(zhì)，而是促進(jìn)細(xì)胞分裂，從而增加籽粒重量，提高產(chǎn)量。
傅向東說(shuō)：“我們研究還發(fā)現(xiàn)，GW8基因有一個(gè)新的變異類型，它可以把優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)這兩個(gè)優(yōu)異性狀結(jié)合起來(lái)，同時(shí)提高水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量。”實(shí)驗(yàn)顯示，將新的GW8基因變異類型引入巴斯馬蒂水稻后，可以在保證優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)量14%；而在將它引入中國(guó)高產(chǎn)水稻后，可以在保證產(chǎn)量不減的基礎(chǔ)上顯著提升稻米品質(zhì)。
研究人員介紹，過(guò)去水稻育種主要以高產(chǎn)為目的，但高產(chǎn)水稻通常品質(zhì)較差，而高品質(zhì)的水稻往往產(chǎn)量又較低，新成果有望催生既好吃又高產(chǎn)的稻米新品種。
水稻高產(chǎn)的其它研究
科學(xué)家解讀水稻高產(chǎn)基因
國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊英國(guó)《自然—遺傳學(xué)》雜志和美國(guó)《科學(xué)》雜志相繼報(bào)道了由中日科學(xué)家共同發(fā)現(xiàn)的被稱為OsSPL14基因(又稱IPA1基因)的重要成果[2]，這是一個(gè)影響諸多農(nóng)藝性狀、可有效控制水稻理想株型、進(jìn)一步提高產(chǎn)量的關(guān)鍵基因。
株型是決定作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，理想的水稻株型應(yīng)該具有分蘗少、無(wú)無(wú)效分蘗、穗大粒多、莖稈粗壯等特征。針對(duì)這一關(guān)鍵因素，李家洋和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了長(zhǎng)期的基礎(chǔ)研究，而IPA1(Ideal Plant Architecture 1，即理想株型1號(hào))基因的成功克隆，為塑造水稻理想株型的分子育種提供了有重要應(yīng)用價(jià)值的新基因。
這次發(fā)現(xiàn)的IPA1基因突變后能使水稻植株具有粗稈、抗倒伏、分蘗少等優(yōu)越性狀，更適合未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，如能很好地利用，將會(huì)大幅度提高水稻產(chǎn)量。“我們通過(guò)一定面積的田間比對(duì)試驗(yàn)，得出增產(chǎn)10%左右的結(jié)果。但這個(gè)結(jié)果還不精細(xì)，如果在種植條件進(jìn)一步優(yōu)化的情況下，增產(chǎn)幅度還會(huì)提高。”李家洋說(shuō)。
2003年，他們?cè)谔镩g實(shí)驗(yàn)里偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有理想株型特征的水稻材料，并分離出控制理想株型的主效數(shù)量性狀基因。該基因的突變能夠在生產(chǎn)上得到科學(xué)家所夢(mèng)想的諸多優(yōu)良性狀，因而被命名為“理想株型1號(hào)”(即IPA1)。
科學(xué)家克隆出正調(diào)控水稻重籽?；?/strong>
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張啟發(fā)院士領(lǐng)銜的水稻國(guó)家創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，日前成功克隆了正調(diào)控水稻重籽粒的數(shù)量性狀基因GS5[3]，進(jìn)一步的功能研究顯示，該基因在高產(chǎn)分子育種中具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)論文已于10月23日在線發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)遺傳學(xué)雜志《自然—遺傳學(xué)》。2008年，該團(tuán)隊(duì)曾在該雜志撰文，報(bào)告發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以同時(shí)控制水稻植株高矮、抽穗期和每穗粒數(shù)的Ghd7基因[4]。
經(jīng)過(guò)近10年的研究，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)此次克隆的GS5卻是一個(gè)種子大小的正調(diào)控因子，其較高的GS5表達(dá)水平可能參與促進(jìn)細(xì)胞周期循環(huán)，加快細(xì)胞循環(huán)進(jìn)程，從而促進(jìn)水稻穎殼細(xì)胞的橫向分裂，進(jìn)而增大穎殼的寬度，繼而加快谷粒的充實(shí)和胚乳的生長(zhǎng)速度，最終增大種子的大小以及增加谷粒的重量和單株產(chǎn)量。
據(jù)李一博介紹，他們對(duì)來(lái)自亞洲不同地區(qū)的51份水稻品系進(jìn)行GS5啟動(dòng)子比較測(cè)序，發(fā)現(xiàn)GS5在自然界主要有3種不同的組合方式，分別是GS5大粒單倍型、GS5中粒單倍型和GS5小粒單倍型，正好對(duì)應(yīng)不同品系寬、中等寬和窄粒形等3組不同粒寬的性狀。其中，GS5小粒單倍型是野生型，而GS5大粒單倍型是水稻馴化和育種過(guò)程中功能獲得性的突變型。啟動(dòng)子鑲嵌轉(zhuǎn)化分析進(jìn)一步表明，上述突變型的形成，取決于GS5啟動(dòng)子的自然變異。因此，GS5在水稻人工馴化和育種過(guò)程中起到了重要作用，并對(duì)水稻種子大小的遺傳多樣性貢獻(xiàn)很大。
