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我科學院克隆超級稻粒寬粒重基因并揭示分子機理

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  近日,中國水稻研究所錢前院士團隊聯合中國農業科學院深圳農業基因組研究所共同研究克隆了一個水稻粒寬粒重基因并開展了功能分析,為闡明水稻粒形的遺傳調控機制和高產分子育種奠定了基礎。該研究成果在線發表在《新植物學家(New Phytologist)》上。

  我國是稻米消費大國,隨著人口增長、耕地面積下降,如何提高水稻產量直接關系到國家的糧食安全和社會的穩定發展。水稻產量主要由有效穗數、每穗實粒數和粒重這3個要素決定。水稻粒形指標包括粒長、粒寬、粒厚和長寬比,前三者與粒重密切相關,同時還影響稻米的外觀品質和商品價值。至今,雖然已克隆了一些控制水稻籽粒大小的重要基因,但水稻粒形粒重調控的分子機理仍不清楚。因此,有必要克隆新的水稻粒寬粒重基因,推動水稻籽粒大小的分子機理研究和水稻高產優質育種。

  據高振宇研究員介紹,研究人員在利用前期構建的超級雜交稻“兩優培九”的重組自交系和高分辨率遺傳圖譜基礎上,檢測到3個控制粒寬的遺傳位點和2個控制粒重的遺傳位點。采用大規模回交自交群體,克隆了一個控制粒寬粒重的基因——TGW2,該基因編碼細胞數目調控因子。研究發現親本品種培矮64s的等位型基因在孕穗期穎殼中的轉錄水平顯著高于另一親本93-11的等位型,穎殼的細胞數目顯著減少。進一步研究發現了TGW2基因的啟動子區引起表達差異的關鍵位點,TGW2蛋白與調控細胞周期的KRP1蛋白相互作用,負調控水稻的粒寬和粒重。將93-11的等位型基因導入培矮64s背景,產量可提高12.3%而不影響其他農藝性狀。對來自世界各地具有廣泛代表性的水稻種質資源的基因序列分析推測,培矮64s等位型基因最初出現在印度和孟加拉國,隨后傳播到中國等鄰國,并揭示該基因受到了育種馴化選擇。

  該研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等項目資助。(通訊員 陳鎏琰 趙華)

  原文鏈接:https://doi.org/10.1111/nph.16540

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