超級(jí)稻是如何增產(chǎn)的？過(guò)去數(shù)十年來(lái)，通過(guò)雜交育種，水稻產(chǎn)量不斷提升，已經(jīng)超過(guò)1000公斤每畝，然而，在分子層面，究竟是怎樣的變化使得水稻增產(chǎn)？
近日，中國(guó)水稻研究所錢前院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所共同研究克隆了一個(gè)水稻粒寬粒重基因并開(kāi)展了功能分析，為闡明水稻粒形的遺傳調(diào)控機(jī)制和高產(chǎn)分子育種奠定了基礎(chǔ)。
該研究成果在線發(fā)表在《新植物學(xué)家》上。
三大要素決定水稻產(chǎn)量
水稻產(chǎn)量主要由有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)和粒重這3個(gè)要素決定。水稻粒形指標(biāo)包括粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚和長(zhǎng)寬比，前三者與粒重密切相關(guān)，同時(shí)還影響稻米的外觀品質(zhì)和商品價(jià)值。
雖然已克隆了一些控制水稻籽粒大小的重要基因，但水稻粒形粒重調(diào)控的分子機(jī)理仍不清楚。因此，有必要克隆新的水稻粒寬粒重基因，推動(dòng)水稻籽粒大小的分子機(jī)理研究和水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種。
TGW2基因的93-11等位型和培矮64s等位型的植株（a）、稻谷（b）、單株產(chǎn)量（c）和小區(qū)產(chǎn)量（d）的比較。（a）標(biāo)尺="20厘米；（b）標(biāo)尺=1厘米。TGW2基因的93-11等位型（G）和培矮64s等位型（A）在134個(gè)aus稻中的地理分布（e）以及TGW2基因和鄰近區(qū)域在普通野生稻（綠線）、秈稻（黃線）、粳稻（藍(lán)線）中的遺傳多樣性（π值）分析（f）。受訪者供圖
據(jù)中國(guó)農(nóng)科院水稻研究所研究員高振宇介紹，研究人員在利用前期構(gòu)建的超級(jí)雜交稻“兩優(yōu)培九”的重組自交系和高分辨率遺傳圖譜基礎(chǔ)上，檢測(cè)到3個(gè)控制粒寬的遺傳位點(diǎn)和2個(gè)控制粒重的遺傳位點(diǎn)。采用大規(guī)?；亟蛔越蝗后w，克隆了一個(gè)控制粒寬粒重的基因——TGW2，該基因編碼細(xì)胞數(shù)目調(diào)控因子。研究發(fā)現(xiàn)親本品種培矮64s的等位型基因在孕穗期穎殼中的轉(zhuǎn)錄水平顯著高于另一親本93-11的等位型，穎殼的細(xì)胞數(shù)目顯著減少。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了TGW2基因的啟動(dòng)子區(qū)引起表達(dá)差異的關(guān)鍵位點(diǎn)，TGW2蛋白與調(diào)控細(xì)胞周期的KRP1蛋白相互作用，負(fù)調(diào)控水稻的粒寬和粒重。將93-11的等位型基因?qū)肱喟?4s背景，產(chǎn)量可提高12.3%而不影響其他農(nóng)藝性狀。
水稻增產(chǎn)具有重大意義
我國(guó)是稻米消費(fèi)大國(guó)，隨著人口增長(zhǎng)、耕地面積下降，如何提高水稻產(chǎn)量直接關(guān)系到國(guó)家的糧食安全和社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。
此次發(fā)表的研究成果，為水稻育種提供了新的材料，據(jù)高振宇老師透露，“研究還在繼續(xù)進(jìn)行，目前正在做的是利用新的素材，通過(guò)育種技術(shù)，培育出新的雜交水稻，這一過(guò)程需要一定的時(shí)間”?！?/p>
值得注意的是，研究人員對(duì)來(lái)自世界各地具有廣泛代表性的水稻種質(zhì)資源的基因序列分析推測(cè)，培矮64s等位型基因最初出現(xiàn)在印度和孟加拉國(guó)，隨后傳播到中國(guó)等鄰國(guó)。
此外，研究還揭示，該基因受到了育種馴化選擇，高振宇老師解釋說(shuō)，“也就是說(shuō)，在過(guò)去的育種中，這一基因其實(shí)已經(jīng)得到了利用，但因?yàn)閭鹘y(tǒng)育種主要從性狀進(jìn)行判斷，沒(méi)有進(jìn)行分子層面的研究，所以雖然利用了該基因的等位型，但并不清楚其中的機(jī)理，此次研究解釋了這一機(jī)理，意味著在以后的育種中，可以更加精準(zhǔn)地選擇出那些具備這一基因優(yōu)良等位型的品種，從而更高效地培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種”。
