6月24日，英國《自然—遺傳學》(NatureGenetics)雜志在線發(fā)表了中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東研究員、華南農業(yè)大學張桂權教授和中國水稻研究所錢前研究員帶領的科研團隊在水稻增產關鍵功能基因合作...
　　6月24日，英國《自然—遺傳學》(NatureGenetics)雜志在線發(fā)表了中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東研究員、華南農業(yè)大學張桂權教授和中國水稻研究所錢前研究員帶領的科研團隊在水稻增產關鍵功能基因合作研究中的最新進展。該研究發(fā)現(xiàn)了一個可以同時影響水稻的品質和產量的基因，將它應用到新品種水稻的培育中，有望讓水稻變得好吃又高產。

　　隨著人民生活水平的不斷提高，在解決溫飽問題的基礎上，如何提升稻米品質是當前水稻育種迫切需要解決的任務。然而，高產水稻一般品質較差，而品質好的水稻品種往往產量較低，選育既高產又優(yōu)質的品種是當前常規(guī)育種技術面臨的大難題。在科技部、農業(yè)部、國家自然科學基金委和中科院的支持下，經過多年的協(xié)作與攻關，研究小組從世界上最好吃的水稻巴基斯坦的Basmati品種中，成功克隆了一個可幫助稻米品質提升和增產的關鍵基因GW8。在Basmati水稻中，GW8基因啟動子產生變異，導致該基因表達下降，使籽粒變?yōu)榧氶L型，提升了稻米品質。而該基因高表達可促進細胞分裂，使籽粒變寬，提高灌漿速度，增加籽粒重，從而促進水稻增產。此項成果首次闡述了GW8基因在水稻增產和品質提升中起到的關鍵作用，進而揭開了水稻品質和產量同步提高的分子奧秘，還可望由此進一步研究出更為優(yōu)質高產的水稻新品種。

　　傅向東介紹，目前在我國大面積種植的高產水稻品種中都含有GW8基因，表明GW8基因已在我國水稻增產中發(fā)揮了重要作用。研究人員在海南、廣州、北京的6個點田間試驗中發(fā)現(xiàn)，GW8基因一個關鍵位點突變既可提升水稻品質，又可促進穗粒數增加。將突變后GW8基因的新變異位點導入Basmati水稻品種后，在保證優(yōu)質的基礎上可使其產量增加14%;將它導入我國高產水稻品種后，在保證產量不減的基礎上可極顯著提升稻米品質。

　　傅向東說，水稻的品質與產量處于“魚和熊掌很難兼得”的境況，原因之一是二者都由多個基因控制且受環(huán)境影響較大。

　　水稻GW8基因的成功克隆和分子機制的闡述，為雜交水稻高產優(yōu)質分子育種直接提供了有重要應用價值的新基因，也為揭示水稻品質和產品協(xié)同提升的分子奧秘提供了新線索。

　　傅向東說：“我們研究還發(fā)現(xiàn)，GW8基因有一個新的變異類型，它可以把優(yōu)質和高產這兩個優(yōu)異性狀結合起來，同時提高水稻的品質和產量。”實驗顯示，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)質的基礎上提高產量14%;而在將它引入中國高產水稻后，可以在保證產量不減的基礎上顯著提升稻米品質。

　　科學家解讀水稻高產基因

　　國際著名學術期刊英國《自然—遺傳學》雜志和美國《科學》雜志相繼報道了由中日科學家共同發(fā)現(xiàn)的被稱為OsSPL14基因(又稱IPA1基因)的重要成果，這是一個影響諸多農藝性狀、可有效控制水稻理想株型、進一步提高產量的關鍵基因。

　　株型是決定作物產量的關鍵因素，理想的水稻株型應該具有分蘗少、無無效分蘗、穗大粒多、莖稈粗壯等特征。針對這一關鍵因素，植物分子遺傳學家李家洋和他的團隊開展了長期的基礎研究，而IPA1(IdealPlantArchitec-ture1，即理想株型1號)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用價值的新基因。

　　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，更適合未來農業(yè)的發(fā)展趨勢，如能很好地利用，將會大幅度提高水稻產量。“我們通過一定面積的田間比對試驗，得出增產10%左右的結果。但這個結果還不精細，如果在種植條件進一步優(yōu)化的情況下，增產幅度還會提高。”李家洋說。

　　2003年，他們在田間實驗里偶然發(fā)現(xiàn)了一個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量性狀基因。該基因的突變能夠在生產上得到科學家所夢想的諸多優(yōu)良性狀，因而被命名為“理想株型1號”(即IPA1)。

　　科學家克隆出正調控水稻重籽粒基因

　　華中農業(yè)大學作物遺傳改良國家重點實驗室張啟發(fā)院士領銜的水稻國家創(chuàng)新研究團隊，日前成功克隆了正調控水稻重籽粒的數量性狀基因GS5，進一步的功能研究顯示，該基因在高產分子育種中具有廣闊的應用前景。2008年，該團隊曾在國際頂級遺傳學雜志《自然—遺傳學》上撰文，報告發(fā)現(xiàn)了一個可以同時控制水稻植株高矮、抽穗期和每穗粒數的Ghd7基因。

　　經過近10年的研究，華中農業(yè)大學團隊此次克隆的GS5卻是一個種子大小的正調控因子，其較高的GS5表達水平可能參與促進細胞周期循環(huán)，加快細胞循環(huán)進程，從而促進水稻穎殼細胞的橫向分裂，進而增大穎殼的寬度，繼而加快谷粒的充實和胚乳的生長速度，最終增大種子的大小以及增加谷粒的重量和單株產量。

　　據介紹，他們對來自亞洲不同地區(qū)的51份水稻品系進行GS5啟動子比較測序，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，正好對應不同品系寬、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程中功能獲得性的突變型。啟動子鑲嵌轉化分析進一步表明，上述突變型的形成，取決于GS5啟動子的自然變異。因此，GS5在水稻人工馴化和育種過程中起到了重要作用，并對水稻種子大小的遺傳多樣性貢獻很大。