2018-03-28 15:36:35
水稻是我國(guó)三大主糧之一，其谷粒大小和形狀（粒型）決定稻米的產(chǎn)量和外觀品質(zhì)。近十年來，水稻粒型調(diào)控機(jī)理研究取得了較大的進(jìn)展，許多重要粒型基因被克隆和研究。但目前已知的多數(shù)粒型基因難以歸類到已知調(diào)控途徑，報(bào)道的信號(hào)通路信息也呈現(xiàn)片斷化的特點(diǎn)，極大限制了對(duì)粒型調(diào)控分子機(jī)理的認(rèn)識(shí)，制約了其在作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)分子育種中的應(yīng)用。
近日，中國(guó)科學(xué)院植物研究所宋獻(xiàn)軍研究組與中國(guó)水稻研究所莊杰云研究組合作，借助現(xiàn)代高通量SLAF測(cè)序技術(shù)，在水稻中鑒定到超過40個(gè)粒型和產(chǎn)量QTL位點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，研究人員定位并克隆了一個(gè)控制谷粒長(zhǎng)度和產(chǎn)量的基因TGW3，該基因編碼一個(gè)類似于GSK3/SHAGGY的激酶TGW3。研究發(fā)現(xiàn)，TGW3是谷粒大小的負(fù)向調(diào)節(jié)因子，能夠通過增加穎殼細(xì)胞大小、減少細(xì)胞數(shù)目，從而使穎殼變長(zhǎng)，谷粒變大、變重；TGW3的大粒等位基因的第三內(nèi)含子核苷酸堿基發(fā)生轉(zhuǎn)變，改變其mRNA的剪切方式，導(dǎo)致其第三和第四外顯子的丟失，其編碼蛋白喪失形成二聚體的功能。通過水稻種質(zhì)資源序列測(cè)定分析，研究人員找到了其他兩個(gè)具有長(zhǎng)粒表型的遺傳材料，其編碼序列與本次發(fā)現(xiàn)的大粒親本相同，顯示了該基因位點(diǎn)的稀缺性。進(jìn)一步研究表明，TGW3位點(diǎn)在水稻馴化過程中，并沒有受到人工的選擇，將其大粒等位基因TGW3JZ導(dǎo)入主栽品種“黃華占”中可以提高產(chǎn)量10%以上，顯示了該位點(diǎn)在水稻高產(chǎn)育種中具有較好的利用潛力。
該研究深入揭示了水稻超大粒的遺傳構(gòu)成，并找到一個(gè)新的谷粒大小調(diào)控開關(guān)，為深入研究作物粒型調(diào)控的分子機(jī)制和遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新的切入點(diǎn)，對(duì)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)作物的分子育種具有重要意義。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Molecular Plant上。中國(guó)水稻研究所副研究員應(yīng)杰政、植物所宋獻(xiàn)軍組博士研究生馬銘和碩士研究生白琛為論文共同第一作者，研究員宋獻(xiàn)軍為通訊作者。該研究得到了中科院“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系先導(dǎo)科技專項(xiàng)”和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
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