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李家洋院士等在水稻理想株型与水稻产量研究上取得重大突破性进展

  水稻等作物的株型是决定其产量的核心因素之一。水稻株型的形成主要取决于植株高度、分蘖数目、分蘖角度以及穗形态等因素。在水稻育种中,株型的改良对水稻产量的提高发挥了重要作用,并一直是品种选育的重要指标。

 

  国际水稻研究所等研究机构定义的理想水稻株型具有分蘖少、无效分蘖减少或无、穗粒数多、茎秆粗壮等特征。对于这样一个理想株型的梦想而言,育种的现实是必须在水稻生长发育的不同时期协同调控相关性状的"理想"形成,包括营养生长期的分蘖与茎秆发育、生殖生长期的穗型发育等。其中每一个性状都是由非常复杂且了解甚少的机制所调控。因此,就现代发育生物学的原理而言,"理想株型"也是"梦想株型",是一个在短期内几乎难以取得突破的科学难题与技术难题。

 

  澳门威尼斯注册送38_澳门威尼斯娱乐网址_www.9778.com|送体验金李家洋院士和中国水稻研究所钱前研究员带领的科研团队,经过数年的联合攻关,在阐明水稻理想株型形成的分子机理方面取得了突破性进展。李家洋院士等利用具有理想株型特征的水稻材料"少蘖粳",通过系统的遗传学分析和图位克隆等手段,分离鉴定了控制水稻理想株型的主效数量性状基因IPA1 (Ideal Plant Architecture 1)。IPA1基因编码一个含SBP-box的转录因子,参与调控多个生长发育过程,因而是一个多效基因。IPA1基因的突变导致分蘖数减少、茎秆粗壮、穗粒数和千粒重显著增加,具有理想株型的典型特征。功能研究发现IPA1 mRNA的稳定性与翻译同时受到microRNA156的精细调控,从而揭示了调控理想株型形成的一个重要分子机制。

 

  为了探索IPA1基因的应用价值,李家洋院士等通过回交转育方法将突变ipa1基因导入水稻品种"秀水11"中。通过对回交后代的近等基因系的分析发现,与其亲本"秀水11"相比较,含突变ipa1基因的株系具有 "理想株型"的典型特征,在田间小区试验中产量增加了10%以上。

 

  IPA1基因的研究成果为塑造水稻理想株型、培育超级水稻品种奠定了坚实的基础。随着研究的深入,将为突破水稻产量瓶颈提供全新的思路。这也是在水稻株型研究上取得的又一突破性成果,上述研究的主要结果近期发表在国际权威学术期刊Nature Genetics (Jiao et al., 2010;http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/abs/ng.591.html)。日本的一个研究小组的类似的结果同时发表在该刊物上,SCIENCE对这两项研究进行了资讯评述(http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/05/genetic-discovery-promises-to-bo.html),菲律宾国际水稻所的水稻遗传学家Hei Leung评价说:“这两项研究是从遗传学上阐明控制水稻产量的卓越成果”。

 

(计划财务处 植物基因组学国家重点实验室 供稿)

 

 
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