中国科学家在水稻籽粒大小调控研究中取得新进展

水稻产量由分蘖数、穗粒数和粒重三要素所决定。所谓分蘖数是指每一株水稻发育到后期所产生的分枝数,而穗粒数是指每一分枝上拥有的籽粒数,粒重则是指每粒种子的重量,很大程度上粒重由种子的大小和灌浆程度所决定。尽管分蘖数、穗粒数和粒重最终决定了水稻产量,然而,在实际育种工作中,这三者间却存在非常强的负相关,也就是说,分蘖数增加往往导致穗粒数减少或籽粒变小,穗粒数增加常常会导致分蘖数减少、籽粒变小,籽粒变大导致分蘖数减少或穗粒数减少等。因此,在育种实践中,育种家很难获得三者同时具有正向效应的育种材料。

中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才研究组与福建农科院赵明富研究组经过10多年的合作,从一个非常稀有的水稻大粒材料RW11中克隆了一个控制水稻粒长的显性关键因子GL2。GL2编码一个植物类特异性转录因子——生长调控因子,通过常规的杂交将RW11中的GL2回交转育到小粒水稻品种博白B中,改良的博白B品种籽粒灌浆速度明显加快,千粒重由19.38克增加到24.64克,增加27.1%,最为重要的是,含有GL2的近等基因系不仅籽粒增大,分蘖数和穗粒数也有显著增加,从而使单株产量增加16.6%。进一步通过生理、生化及遗传学等手段对GL2调控水稻籽粒大小的分子机制进行详细研究,科研人员发现了重要植物激素——油菜素内酯信号途径下游的一条调控籽粒大小的特异性分支途径,这项研究不仅诠释了调控水稻籽粒大小的分子机制,更为重要的是,为水稻高产育种提供了非常难得的育种材料和基因资源。

该项研究成果于2015年12月22日在线发表在Nature Plants杂志(DOI: 10.1038/NPLANTS.2015.195)上。储成才研究组博士后车荣会博士和童红宁副研究员为该文章的共同第一作者。该项研究得到了自然科学基金委和中国科学院的资助。

水稻籽粒大小是重要的农艺性状,也是决定水稻产量的三要素之一。在水稻育种中,粒型的改良对水稻产量的提高发挥了重要作用。然而水稻籽粒大小调控的分子机制目前仍不清楚。

中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组与中国水稻所朱旭东课题组和浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所王俊敏课题组合作,从一个巨大粒地方品种中克隆了控制水稻籽粒大小的关键QTL基因(GS2)。GS2编码了一个转录因子OsGRF4GROETH-REGULATING FACTOR 4)。来自巨大粒品种的等位变异(GS2AA)能显著增加水稻的粒长、粒宽、粒重和产量。水稻microRNA396(OsmiR396)能够切割GS2 mRNA,但是不能切割GS2AA 等位变异的mRNA,因此GS2AA等位变异能够增加籽粒大小。进一步研究表明GS2/OsGRF4与转录调控因子OsGIFs(GRF-Interacting Factors)在体内和体外直接相互作用,共同调控水稻籽粒大小。因此,该研究揭示了OsmiR396-GS2/OsGRF4-OsGIFs途径调控水稻籽粒大小的新机制,有望利用该调控途径创制新的高产水稻品种。

研究结果于2015年12月21日在线发表于Nature Plants(DOI: 10.1038/NPLANTS.2015.203)。李云海课题组的段朋根、张保兰,中国水稻所的倪深和浙江省农科院的王俊敏为该文章的共同第一作者。该项目得到了科技部、国家自然科学基金委、农业部和中科院的资助。

26. 十二月 2015 by admin
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