2024-03-12 15:00:40
近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所童紅寧團(tuán)隊(duì)聯(lián)合福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，破譯了國(guó)際關(guān)注近百年的水稻種質(zhì)資源——“復(fù)粒稻”形成的遺傳基礎(chǔ)，揭示了植物激素油菜素內(nèi)酯（BR）調(diào)控水稻穗粒數(shù)的機(jī)制，為培育高產(chǎn)水稻新品種提供了理論基礎(chǔ)和新路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)》上。
什么是“復(fù)粒稻”？中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員童紅寧解釋，復(fù)粒稻是一種獨(dú)特的水稻種質(zhì)資源，與普通水稻穗子上種子粒粒分明不同，它結(jié)出的種子可以三粒長(zhǎng)在一簇上，因此又被稱為“三粒奇”，但這“三粒一簇”特性的機(jī)制一直未被破解。
水稻是我國(guó)主要糧食作物，也是全球超過(guò)一半人口的主糧，隨著全球人口的增長(zhǎng)和人均耕地面積的不斷減少，提高水稻單產(chǎn)對(duì)保障全球糧食安全具有重要意義。水稻單產(chǎn)的突破很大程度上依賴于種質(zhì)資源中重大基因的發(fā)掘利用。
一般來(lái)說(shuō)，水稻畝均產(chǎn)量有三個(gè)關(guān)鍵因素：畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重?！爱€穗數(shù)主要是由水稻的分蘗數(shù)決定、有效穗數(shù)決定，可以通過(guò)密植提高畝穗數(shù)，但是穗粒數(shù)和粒重很難通過(guò)栽培方式提升，因此解析這兩個(gè)性狀的遺傳機(jī)制十分重要。而復(fù)粒稻的一個(gè)顯著特征即多粒簇生，也就是說(shuō)穗粒數(shù)可能會(huì)多，一旦解析其遺傳機(jī)制將有望提高水稻單產(chǎn)?！蓖t寧解釋。
因此，自20世紀(jì)30年代起，國(guó)際遺傳學(xué)界就開(kāi)始關(guān)注復(fù)粒稻“三粒一簇”現(xiàn)象，但始終未能從基因?qū)用娓酒平馄錂C(jī)理。童紅寧團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事植物激素調(diào)節(jié)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的研究，在此項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)制大量復(fù)粒稻的衍生突變體，最終發(fā)現(xiàn)并克隆了控制復(fù)粒稻“三粒一簇”現(xiàn)象的關(guān)鍵基因BRD3。該基因編碼的蛋白質(zhì)可以降解一種被稱為“油菜素甾醇”的激素。實(shí)驗(yàn)證明，正是在BRD3的作用下，“油菜素甾醇”這種激素的含量降低，導(dǎo)致復(fù)粒稻稻穗的二級(jí)枝梗增多，使得“三粒一簇”現(xiàn)象出現(xiàn)。通過(guò)進(jìn)一步研究，團(tuán)隊(duì)明確了“油菜素甾醇”的作用機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)復(fù)粒稻中由于激素被精準(zhǔn)調(diào)控，穗粒數(shù)得以增加，但沒(méi)有其他常見(jiàn)的激素負(fù)面影響，如粒重就不受影響。
“該研究發(fā)現(xiàn)組織特異性地抑制BR含量可以只增加穗粒數(shù)，而不影響粒重和品質(zhì)，一定程度上破解了兩者之間的負(fù)相關(guān)平衡關(guān)系，是一種極有潛力的分子設(shè)計(jì)策略?！敝袊?guó)科學(xué)院院士李家洋認(rèn)為，這個(gè)策略對(duì)于其他激素而言也具有參考意義，未來(lái)應(yīng)在作物中進(jìn)一步加強(qiáng)植物激素空間分布調(diào)控的相關(guān)基礎(chǔ)研究，為理解多性狀的相互關(guān)聯(lián)與平衡機(jī)制，進(jìn)而開(kāi)展多性狀的協(xié)同改良奠定基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)并保障糧食安全。
中國(guó)科學(xué)院院士林鴻宣評(píng)價(jià)稱，這項(xiàng)工作也說(shuō)明從種質(zhì)資源中挖掘基因資源是突破當(dāng)前作物產(chǎn)量瓶頸的有效途徑，應(yīng)給予高度重視。
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