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我所水稻重要农艺性状功能基因研究取得重要进展

  随着人口的增长,人类的粮食需求不断增大,要求育种专家不断提高粮食作物的产量。水稻是我国重要的粮食作物,其生产水平关系到国家粮食安全。为了在培育高产、优质水稻新品种方面提供基因资源和育种新技术、新方法,

  

  我所多个研究组长期从事水稻基因组及重要农艺性状功能基因研究,并先后成功克隆了控制糯性和食味品质的水稻蜡质基因、控制水稻耐盐数量性状的基因和水稻粒重数量性状的基因等。最近在水稻功能基因研究方面又取得新的突破,2篇有关水稻重要功能基因及其驯化研究论文同时在线发表于九月底的《自然-遗传学》(Nature Genetics)上。

  籽粒灌浆直接影响水稻的最终产量。但由于技术的限制,育种专家一直无法直接对籽粒灌浆性状及其基因进行有效的选择,成为育种的瓶颈问题。针对这个问题,何祖华研究员领衔的研究组与国内外科学家合作在筛选水稻遗传资源的基础上,通过构建遗传定位群体,成功分离了控制水稻籽粒发育中蔗糖运输卸载和灌浆的关键功能基因GIF1。研究表明GIF1是水稻驯化过程中起重要作用的一个基因。我们的祖先有意识地从野生稻资源中选择灌浆好、籽粒饱满的水稻类型,从而积累了优良的基因,形成了现代的作物形式。该研究成果在遗传上证明籽粒灌浆与产量这类农艺性状是人类选择的结果,人工选择使现代栽培稻的GIF1基因有严格的组织表达特异性,有利于籽粒灌浆,使水稻产量提高。而野生稻的基因表达部位不一样,不利于籽粒灌浆而降低产量。更重要的是当把栽培稻GIF1基因再转化水稻品种,转基因植株能够显著提高籽粒灌浆和千粒重。这也首次证明一个驯化的作物基因通过适当的基因表达调控,仍然可以改良作物的经济性状,为水稻高产分子设计育种提供了一种新的选择。

  水稻的产量与其自身的株型和分蘖也密切相关。栽培稻的祖先---普通野生稻具有匍匐生长和分蘖过多的株型特征,不利于密植高产栽培。古代人类对野生稻的这种不利株型进行长期选择,逐步把野生稻的株型驯化成直立生长和分蘖适当的栽培稻株型。但该株型驯化转变的分子遗传机理之前尚未阐明。林鸿宣研究员领导的研究组经过多年的潜心研究,从“海南普通野生稻”中成功克隆了控制水稻株型驯化的关键基因PROG1。实验结果表明,该基因编码一个功能未知的锌指蛋白,其作为转录因子新基因对水稻株型的发育起重要调控作用;在海南野生稻与栽培稻之间该基因的编码区有一个碱基的变异引起氨基酸的替换,推测该氨基酸的替换在人工驯化过程中被选择,这是导致野生稻的匍匐生长和分蘖过多的不利株型转变为栽培稻的理想株型(直立生长和分蘖适当)的主要原因,该推测也得到了转基因水稻的验证。此研究成果首次阐明了水稻株型驯化的分子遗传机理,为作物人工选择驯化提供重要的分子证据,同时也为作物株型发育的分子遗传调控机理研究和高产株型分子育种提供了有价值的新线索。

  

  这是继2002年11月《Nature》发表水稻基因组4号染色体测序结果,2005年和2007年《Nature Genetics》分别报道水稻耐盐功能基因和水稻粒重功能基因之后,我所在水稻科学研究中的新突破,并为作物高产分子育种提供了具有自主知识产权的新基因。

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