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有望催生好吃又高产的稻米新品

发布时间:2012年07月02日 10:42 | 进入三农论坛 | 来源:农民日报 | 手机看视频


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      6月24日,英国《自然—遗传学》(NatureGenetics)杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员、华南农业大学张桂权教授和中国水稻研究所钱前研究员带领的科研团队在水稻增产关键功能基因合作研究中的最新进展。该研究发现了一个可以同时影响水稻的品质和产量的基因,将它应用到新品种水稻的培育中,有望让水稻变得好吃又高产。

  随着人民生活水平的不断提高,在解决温饱问题的基础上,如何提升稻米品质是当前水稻育种迫切需要解决的任务。然而,高产水稻一般品质较差,而品质好的水稻品种往往产量较低,选育既高产又优质的品种是当前常规育种技术面临的大难题。在科技部、农业部、国家自然科学基金委和中科院的支持下,经过多年的协作与攻关,研究小组从世界上最好吃的水稻巴基斯坦的Basmati品种中,成功克隆了一个可帮助稻米品质提升和增产的关键基因GW8。在Basmati水稻中,GW8基因启动子产生变异,导致该基因表达下降,使籽粒变为细长型,提升了稻米品质。而该基因高表达可促进细胞分裂,使籽粒变宽,提高灌浆速度,增加籽粒重,从而促进水稻增产。此项成果首次阐述了GW8基因在水稻增产和品质提升中起到的关键作用,进而揭开了水稻品质和产量同步提高的分子奥秘,还可望由此进一步研究出更为优质高产的水稻新品种。

  傅向东介绍,目前在我国大面积种植的高产水稻品种中都含有GW8基因,表明GW8基因已在我国水稻增产中发挥了重要作用。研究人员在海南、广州、北京的6个点田间试验中发现,GW8基因一个关键位点突变既可提升水稻品质,又可促进穗粒数增加。将突变后GW8基因的新变异位点导入Basmati水稻品种后,在保证优质的基础上可使其产量增加14%;将它导入我国高产水稻品种后,在保证产量不减的基础上可极显著提升稻米品质。

  傅向东说,水稻的品质与产量处于“鱼和熊掌很难兼得”的境况,原因之一是二者都由多个基因控制且受环境影响较大。

  水稻GW8基因的成功克隆和分子机制的阐述,为杂交水稻高产优质分子育种直接提供了有重要应用价值的新基因,也为揭示水稻品质和产品协同提升的分子奥秘提供了新线索。

  傅向东说:“我们研究还发现,GW8基因有一个新的变异类型,它可以把优质和高产这两个优异性状结合起来,同时提高水稻的品质和产量。”实验显示,将新的GW8基因变异类型引入巴斯马蒂水稻后,可以在保证优质的基础上提高产量14%;而在将它引入中国高产水稻后,可以在保证产量不减的基础上显著提升稻米品质。

  科学家解读水稻高产基因

  国际著名学术期刊英国《自然—遗传学》杂志和美国《科学》杂志相继报道了由中日科学家共同发现的被称为OsSPL14基因(又称IPA1基因)的重要成果,这是一个影响诸多农艺性状、可有效控制水稻理想株型、进一步提高产量的关键基因。

  株型是决定作物产量的关键因素,理想的水稻株型应该具有分蘖少、无无效分蘖、穗大粒多、茎秆粗壮等特征。针对这一关键因素,植物分子遗传学家李家洋和他的团队开展了长期的基础研究,而IPA1(IdealPlantArchitec-ture1,即理想株型1号)基因的成功克隆,为塑造水稻理想株型的分子育种提供了有重要应用价值的新基因。

  这次发现的IPA1基因突变后能使水稻植株具有粗秆、抗倒伏、分蘖少等优越性状,更适合未来农业的发展趋势,如能很好地利用,将会大幅度提高水稻产量。“我们通过一定面积的田间比对试验,得出增产10%左右的结果。但这个结果还不精细,如果在种植条件进一步优化的情况下,增产幅度还会提高。”李家洋说。

  2003年,他们在田间实验里偶然发现了一个具有理想株型特征的水稻材料,并分离出控制理想株型的主效数量性状基因。该基因的突变能够在生产上得到科学家所梦想的诸多优良性状,因而被命名为“理想株型1号”(即IPA1)。

  科学家克隆出正调控水稻重籽粒基因

  华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室张启发院士领衔的水稻国家创新研究团队,日前成功克隆了正调控水稻重籽粒的数量性状基因GS5,进一步的功能研究显示,该基因在高产分子育种中具有广阔的应用前景。2008年,该团队曾在国际顶级遗传学杂志《自然—遗传学》上撰文,报告发现了一个可以同时控制水稻植株高矮、抽穗期和每穗粒数的Ghd7基因。

  经过近10年的研究,华中农业大学团队此次克隆的GS5却是一个种子大小的正调控因子,其较高的GS5表达水平可能参与促进细胞周期循环,加快细胞循环进程,从而促进水稻颖壳细胞的横向分裂,进而增大颖壳的宽度,继而加快谷粒的充实和胚乳的生长速度,最终增大种子的大小以及增加谷粒的重量和单株产量。

  据介绍,他们对来自亚洲不同地区的51份水稻品系进行GS5启动子比较测序,发现GS5在自然界主要有3种不同的组合方式,分别是GS5大粒单倍型、GS5中粒单倍型和GS5小粒单倍型,正好对应不同品系宽、中等宽和窄粒形等3组不同粒宽的性状。其中,GS5小粒单倍型是野生型,而GS5大粒单倍型是水稻驯化和育种过程中功能获得性的突变型。启动子镶嵌转化分析进一步表明,上述突变型的形成,取决于GS5启动子的自然变异。因此,GS5在水稻人工驯化和育种过程中起到了重要作用,并对水稻种子大小的遗传多样性贡献很大。 张巧玲

热词:

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