人民網(wǎng)北京7月8日電 （記者 魏艷）長(zhǎng)粒大米還是圓粒大米由誰來決定？近日我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水稻染色體拷貝數(shù)變異可調(diào)控水稻的粒長(zhǎng)和品質(zhì)，成果被在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）上。
 
      這一成果由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院中國水稻研究所超級(jí)稻種質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物研究所等單位最新合作研究發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為將為水稻粒形的分子設(shè)計(jì)和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻新品種培育奠定了基礎(chǔ)。
 
      水稻粒形是衡量稻米外觀品質(zhì)的主要指標(biāo)，同時(shí)也是影響水稻產(chǎn)量性狀的重要因素之一。我國的水稻分秈、粳兩個(gè)亞種，粳稻主要分布在北方稻區(qū)以及南方長(zhǎng)江流域稻區(qū)的晚稻，粒形均為短圓狀；秈稻主要分布在南方稻區(qū)，中晚稻均為長(zhǎng)粒形。近年來隨著稻米市場(chǎng)的開放，消費(fèi)者對(duì)優(yōu)質(zhì)米的需求不僅要口味適合，還要求外形美觀。因此，如何改良稻米的外觀品質(zhì)，提高稻米的商品價(jià)值，成為育種家和稻米生產(chǎn)企業(yè)的共同目標(biāo)。
 
      與絕大多數(shù)圓粒粳稻不同的是，美國長(zhǎng)粒粳稻米粒細(xì)長(zhǎng)有光澤，對(duì)其粒形調(diào)控基因的克隆和功能研究有助于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻新品種的培育。研究團(tuán)隊(duì)通過精細(xì)定位將美國長(zhǎng)粒粳稻攜帶的粒長(zhǎng)調(diào)控基因——GL7基因位點(diǎn)定位在水稻7號(hào)染色體上一個(gè)20.4kb的區(qū)間內(nèi)（該區(qū)間包含兩個(gè)基因）。進(jìn)一步的遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)美國長(zhǎng)粒粳稻品種中，GL7位點(diǎn)發(fā)生了17.1kb的DNA 大片段串聯(lián)重復(fù)，這一基因組結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致了GL7基因表達(dá)量的上升，同時(shí)還引起了其臨近的負(fù)調(diào)控因子表達(dá)的下調(diào)，引起粒長(zhǎng)增加，堊白度和堊白率降低，從而顯著改善稻米外觀品質(zhì)，揭示了美國長(zhǎng)粒粳稻粒長(zhǎng)復(fù)雜而精確的遺傳調(diào)控機(jī)制。

 
      經(jīng)過對(duì)普通粳稻與秈稻的比較，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)在粳稻中與GL7臨近的負(fù)調(diào)控因子能夠抑制GL7的表達(dá)，而在秈稻中GL7臨近的負(fù)調(diào)控因子功能喪失，對(duì)GL7表達(dá)的抑制減弱。轉(zhuǎn)基因研究結(jié)果顯示，過表達(dá)GL7基因在秈稻中出現(xiàn)了比粳稻中更為明顯的表型，將美國長(zhǎng)粒粳稻GL7基因位點(diǎn)通過分子標(biāo)記導(dǎo)入普通水稻品種中可以顯著改善稻米外觀品質(zhì)而不影響產(chǎn)量。
 
      科學(xué)家通過對(duì)96個(gè)品種的序列分析，證實(shí)了GL7及其負(fù)調(diào)控因子位點(diǎn)的變異影響水稻粒形的多樣性，進(jìn)一步對(duì)GL7及其他粒形調(diào)控基因的基因型與水稻粒長(zhǎng)的相關(guān)性分析揭示了水稻粒形調(diào)控基因間的遺傳相互作用。有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)美國長(zhǎng)粒粳稻品種曾被引入日本，但是通過遺傳交換丟失該區(qū)域17.1kb 的串聯(lián)重復(fù)序列的品種（如關(guān)東146等）表現(xiàn)出短圓粒的表型,而我國廣東的優(yōu)質(zhì)秈稻品種（粵豐等）品質(zhì)好的重要原因是由于其同時(shí)聚合了GL7和GS3優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)。這一結(jié)果揭示了調(diào)控水稻重要農(nóng)藝性狀的基因拷貝數(shù)變異如何在育種過程中被選擇和利用提供了重要例證。
 
      據(jù)悉，該研究得到科技部和國家自然科學(xué)基金委的資助，王躍星、熊國勝和胡江為共同第一作者，錢前、李家洋和朱旭東為共同通訊作者。