我国科学家破解复粒稻遗传奥妙助力培养高产水稻新品种

  3月8日，由中国农业科学院作物科学研讨所童红宁研讨员领衔的研讨团队，破译了世界注重近百年的水稻种质资源“复粒稻”构成的遗传根底，提醒了植物激素油菜素甾醇（BR）调控水稻穗粒数的机制，为培养高产水稻新品种供给了理论根底和新途径。研讨成果以长文方式在线发表于《科学（Science）》。

  复粒稻是一种具有多粒簇生特色的水稻种质资源，自上世纪三十年代起被世界各国连续报导以来，因其共同的表型引起了很多科学家的注重，展开了很多研讨，终究将操控簇生的CL位点定位在6号染色体一个较大区间内，但一向未克隆到详细基因，复粒稻构成的遗传机制始终是未解之谜。

  为了寻觅方针基因，研讨团队对复粒稻种质进行了大规模化学诱变，创制了1万份（约16万个单株）复粒稻诱变株系，经过在田间逐个细心判定穗部特征，从中筛选出2份不簇生的骤变体株系，总算定位到发生骤变的基因BRD3，在复粒稻中经过基因修改将其敲除后簇生表型消失。进一步经过基因组测序发现，CL位点不只包含了BRD3，还包含了激活其表达的杂乱染色体结构变异，解说了其经过传统办法难以克隆到详细基因的原因。

  因为BRD3基因编码BR代谢酶，研讨人员进一步解析了BR怎么调控穗粒数的分子通路。在水稻穗分枝进程中，会顺次发育出“一级分枝分生安排”、“二级分枝分生安排”、和“小穗分生安排”，这些分生安排的继续分解和转化终究决议了穗粒数。试验显现，BRD3在水稻二级分枝分生安排部位被激活，导致了该部位BR含量削减，然后经过一系列生物学进程促进分生安排转化调控因子RCN2的表达，推迟二级分枝分生安排向小穗分生安排的改变，终究发生更多的水稻二级分枝，然后添加穗粒数。该研讨是初次发现BR具有经过调控水稻穗二级分枝决议穗粒数的效果。

  因为复粒稻中BRD3仅在特定安排中被CL位点中的结构变异适度的激活表达，降低了BR含量然后使得穗粒数增多；一起，对粒重等农艺性状并没有一点影响，因而，终究表现为产值提高。田间试验显现，相对于非簇生对照，复粒稻二级枝梗数可添加35.2%，导致穗粒数添加28.2%，而其它产值性状如穗数和粒重等都没有明显差异，终究产值可添加11.27%~20.96%。这一发现反映了BR的效果具有时空特异性，为破解水稻穗粒数和粒重之间的负相关平衡联系供给了新的技能途径，为未来水稻新品种改进、完成产值打破供给了或许。

  簇生是一种在其他植物中也广泛存在的表型特征。经过对簇生辣椒和非簇生辣椒，以及具有簇生花的蔷薇和非簇生花的玫瑰进行BR丈量比较发现，和水稻相同，簇生与非簇生之间具有相似的BR含量改变，这一成果暗示BR含量操控簇生的机制在大自然中或许具有普遍性。

  中国科学院院士林鸿宣点评称，复粒稻前史悠远持久，早年间在连锁群构建中就被用作水稻6号染色体的重要表型符号。近年来很多人对该表型性状一向展开研讨，但相关调控基因克隆难度大，一向未成功。现在很快乐看到这项作业终究解开了答案，发现BR含量操控着这个表型。这项作业也阐明从种质资源中发掘基因资源是打破当时作物产值瓶颈的有效途径，应给予分外的注重。