华中农大研究团队发现一水稻增产重要基因 有望推动籼稻品种产量大幅提升
【资料图】
7月27日，《自然·遗传学》（Nature Genetics）杂志在线发表了华中农业大学邢永忠教授课题组（水稻产量生物学实验室）的研究论文“Suppressing a phosphohydrolase of cytokinin nucleotide enhances grain yield in rice”。该研究挖掘到一个水稻增产的重要基因GY3，该基因可通过调控细胞分裂素的合成，显著增加水稻每穗粒数，将小区产量提高7%~15%，为水稻高产育种提供了重要的基因资源。
水稻是世界上三大粮食作物之一，其种植面积超过24亿亩，产量超过7.5亿吨。2020年，我国水稻种植面积4.5亿亩，产量超过2.1亿吨。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，也是保障我国粮食安全的重要途径。
我国种植的亚洲栽培稻（Oryza sativa）包括籼稻和粳稻两个亚种，在漫长的亚种分化和长期的育种选择过程中，粳稻（短圆形）和籼稻（细长形）不仅在稻米外形特征表现出巨大的差异，而且在基因组水平也有很大不同。
针对水稻籼粳亚种间产量形成机制的异同问题，邢永忠教授课题组博士后吴比等经过12年的研究，发现了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。
研究团队利用籼稻品种特青和粳稻品种02428构建的高级遗传群体克隆了产量基因GY3，发现粳稻来源的GY3为优良等位基因，具有增产效应。此外，研究团队在粳稻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，增强了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。通过体内体外实验，研究团队进一步证实了GY3参与细胞分裂素的“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。
通过对GY3启动子区域序列分析，研究团队发现，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，这也表明，GY3在籼稻育种中尚未被育种家们利用。
粳稻GY3提高籼稻恢复系及其配制的杂交种产量
研究团队将GY3优良等位基因导入93-11等4个籼稻恢复系后，发现改良的恢复系小区产量提高9.1%~16.3%。利用这些改良恢复系配制的杂交种，也比原始杂种小区产量提高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的大幅度提升。（总台记者 许伟）
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