立和村农业网

水稻基因变异竟能增产15%!中国科学家将育新种

水稻作为地球上最重要的粮食作物之一,其产量直接关系到地球近一半人口的衣食。提高水稻产量一直是许多农业科学家毕生的追求。

日前,中国科学家发现水稻穗发育基因(FRIZZYPANICLE,FZP)在自然界发生突变,可以显着增加每穗籽粒数,并略微降低每粒籽粒重量,从而使水稻产量增加15%。

北京时间10月31日00: 00,上述研究论文在线发表在国际学术期刊《自然》(自然植物)的副刊上。这项研究来自华中农业大学生命科学与技术学院教授邢永忠的研究团队。

邢永忠在接受采访时说,水稻穗发育基因(FRIZZYPANICLE,FZP)具有防止腋芽分生组织形成和建立花分生组织的功能,水稻产量与其密切相关。

邢永忠说FZP是一个非常重要的发育基因,其编码的蛋白质是不可改变的。如果它改变了,水稻就不能发芽。然而,水稻产量可以通过控制FZP的表达水平来控制。FZP功能强大,大米颗粒变大,颗粒数量变小。FZP的弱功能使大米颗粒更小,颗粒数量更大。

邢永忠说,每穗粒数、穗数和千粒重决定每亩水稻产量,但增加每穗粒数是最有效的增产途径。FZP表达式的变化同时精确调节了穗粒数和千粒重的变化。如何优化FZP的表达,从而优化两者之间的关系,使水稻产量最大化,需要进一步研究。

邢永忠的研究团队通过基于图谱的克隆(Map-basedcloning)在四川7号亲本和郝伯卡亲本构建的群体中发现了一个18bp片段的转录沉默子,该片段在四川7号亲本的FZP上游5.3kb处复制,具有显着的粒形差异,导致了一个拷贝数变异(CNV),命名为CNV-18bp,这使得四川7号的两个18bp片段串联在一起。

copynumber是指生物体基因组中基因的数量。单一拷贝意味着生物体基因组中只有一个基因,而许多指的是多个基因。拷贝数变异(CNV)是由基因组重排引起的,一般指长度超过1kb的基因组大片段拷贝数的增加或减少。

进一步的研究发现转录抑制剂OsBZR1结合CNV-18bp的CGTG基因序列,从而抑制FZP的表达。两个18bp片段的FZP表达低于一个拷贝的表达,因此穗分支时间较长,产生的种子较多,种子稍小。该小组通过研究发现,含有两个18bp片段的水稻千粒重下降了约10%,每穗粒数增加了40%-50%。穗数无显着差异,但水稻产量比只有一个18bp片段的产量高15%。

事实上,在大多数水稻中只有一个18bp的片段。邢永忠的团队检查了500多种材料,发现东南亚只有印度和孟加拉等少数品种有两个18bp的串联片段。邢永忠说,这种变异发生在自然界。因此,分子标记辅助育种可以使这一优良等位基因在我国高产品种的改良中发挥重要作用。

邢永忠对此很有信心,他的团队正在利用这个优秀的等位基因来改良中国水稻的骨干亲本。

芝麻香辣虾