一種讓水稻增產(chǎn)的重要基因發(fā)現(xiàn)

【資料圖】

科技日?qǐng)?bào)記者?吳純新 通訊員?蔣朝常

7月27日，《自然·遺傳學(xué)》雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授邢永忠課題組（水稻產(chǎn)量生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室）的最新研究成果。該研究挖掘到水稻的一個(gè)重要增產(chǎn)基因GY3，通過調(diào)控細(xì)胞分裂素合成，GY3可顯著增加水稻每穗粒數(shù)，將試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量提高7%—15%，為水稻高產(chǎn)育種提供重要的基因資源。

培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻品種，不僅是科學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題，也是我國(guó)糧食安全的重要保障。

當(dāng)前，我國(guó)種植的亞洲栽培稻包括秈稻和粳稻兩個(gè)亞種。在漫長(zhǎng)的亞種分化和長(zhǎng)期育種選擇過程中，粳稻（短圓形）和秈稻（細(xì)長(zhǎng)形）不僅在稻米外形特征上表現(xiàn)出巨大差異，在基因組水平上也有很大不同。

針對(duì)水稻秈粳亞種間產(chǎn)量形成的機(jī)制異同問題，邢永忠課題組博士后吳比等開展了近12年的研究，發(fā)現(xiàn)一種新的細(xì)胞分裂素合成途徑，解析了水稻增產(chǎn)重要基因GY3的調(diào)控機(jī)制，對(duì)水稻遺傳改良具有重要意義。

課題組利用秈稻品種特青和粳稻品種02428，構(gòu)建高級(jí)遺傳群體并克隆了基因GY3，發(fā)現(xiàn)粳稻來源的GY3為優(yōu)良等位基因，具有增產(chǎn)效應(yīng)。他們還在粳稻GY3啟動(dòng)子區(qū)域鑒定到一個(gè)反轉(zhuǎn)座子插入，該反轉(zhuǎn)座子的插入能增強(qiáng)GY3啟動(dòng)子區(qū)域的表觀修飾，降低GY3表達(dá)量，從而增加每穗粒數(shù)和谷物產(chǎn)量。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，GY3參與了細(xì)胞分裂素的“兩步法”合成，敲除或者抑制GY3的表達(dá)，可減少細(xì)胞分裂素合成前體底物的無效消耗，提高體內(nèi)活性細(xì)胞分裂素含量，從而增加水稻產(chǎn)量。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)GY3啟動(dòng)子區(qū)域序列分析，大部分粳稻（98%）和少部分秈稻（21%）攜帶優(yōu)良GY3等位基因，而當(dāng)前推廣的秈稻品種絕大多數(shù)不具有GY3增產(chǎn)等位基因，這表明，GY3在秈稻育種中還沒有被利用。

隨后，課題組將GY3優(yōu)良等位基因?qū)?個(gè)秈稻恢復(fù)系，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)系的試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量提高了9.1%—16.3%。利用這些改良恢復(fù)系配制的雜交種，也比原始雜種的試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量提高了7.4%—15.4%。這些結(jié)果表明，GY3可作為秈稻高產(chǎn)育種的重要基因，有望推動(dòng)秈稻品種產(chǎn)量大幅度提升。

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