一种让水稻增产的重要基因发现

(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。