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一种让水稻增产的重要基因发现

科技日报   2023-07-28 05:25:02


(相关资料图)

科技日报记者 吴纯新 通讯员 蒋朝常

7月27日,《自然·遗传学》杂志在线发表了华中农业大学教授邢永忠课题组(水稻产量生物学实验室)的最新研究成果。该研究挖掘到水稻的一个重要增产基因GY3,通过调控细胞分裂素合成,GY3可显著增加水稻每穗粒数,将试验区产量提高7%—15%,为水稻高产育种提供重要的基因资源。

培育高产优质的水稻品种,不仅是科学研究领域的重要课题,也是我国粮食安全的重要保障。

当前,我国种植的亚洲栽培稻包括籼稻和粳稻两个亚种。在漫长的亚种分化和长期育种选择过程中,粳稻(短圆形)和籼稻(细长形)不仅在稻米外形特征上表现出巨大差异,在基因组水平上也有很大不同。

针对水稻籼粳亚种间产量形成的机制异同问题,邢永忠课题组博士后吴比等开展了近12年的研究,发现一种新的细胞分裂素合成途径,解析了水稻增产重要基因GY3的调控机制,对水稻遗传改良具有重要意义。

课题组利用籼稻品种特青和粳稻品种02428,构建高级遗传群体并克隆了基因GY3,发现粳稻来源的GY3为优良等位基因,具有增产效应。他们还在粳稻GY3启动子区域鉴定到一个反转座子插入,该反转座子的插入能增强GY3启动子区域的表观修饰,降低GY3表达量,从而增加每穗粒数和谷物产量。

进一步的实验证明,GY3参与了细胞分裂素的“两步法”合成,敲除或者抑制GY3的表达,可减少细胞分裂素合成前体底物的无效消耗,提高体内活性细胞分裂素含量,从而增加水稻产量。

研究人员发现,通过对GY3启动子区域序列分析,大部分粳稻(98%)和少部分籼稻(21%)携带优良GY3等位基因,而当前推广的籼稻品种绝大多数不具有GY3增产等位基因,这表明,GY3在籼稻育种中还没有被利用。

随后,课题组将GY3优良等位基因导入4个籼稻恢复系,发现恢复系的试验区产量提高了9.1%—16.3%。利用这些改良恢复系配制的杂交种,也比原始杂种的试验区产量提高了7.4%—15.4%。这些结果表明,GY3可作为籼稻高产育种的重要基因,有望推动籼稻品种产量大幅度提升。

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