我室一成果获2016年度国家自然科学二等奖

1月9日，2016年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行。我室张启发院士主持的“水稻产量性状的遗传与分子生物学基础”获国家自然科学奖二等奖。

附：获奖成果简介

水稻产量性状的遗传与分子生物学基础（张启发院士主持，主要完成人张启发，邢永忠，何予卿，余四斌，范楚川）

水稻是我国最重要的粮食作物，高产优质一直是水稻遗传研究和育种的主要目标之一。二十多年来，本项目围绕水稻产量形成的遗传和分子基础，开展了产量性状位点的鉴定发掘，产量性状关键基因的分离克隆和分子遗传机理的系统研究，取得了系列成果，为水稻遗传改良奠定了重要的理论与实践基础。

（1）发掘并定位104个产量性状QTL，解析其遗传效应和作用模式，丰富了数量遗传学理论。项目早期创建了多个重组自交系、双单倍体和近等基因系群体，利用RFLP、SSR多种分子标记构建高密度遗传连锁图，多年重复田间实验收集表型数据，发掘定位了104个产量性状的数量性状位点（QTL，Quantitative Trait Locus），分析发现产量组分性状同时由主效和微效QTLs控制，单位点的QTL和二位点的互作效应是控制产量性状形成的主要遗传基础。

（2）克隆了调控水稻粒形的主效QTL GS3，为水稻数量性状主效基因的克隆和利用提供了范例。GS3是国际上克隆的第一个水稻粒形QTL，它通过控制粒长和粒重影响产量和外观品质。GS3的一个碱基的突变导致编码的蛋白提前终止，产生长粒；继续研究发现，GS3蛋白含有一个植物特有的器官大小调控区，将其命名为OSR（Organ Size Regulation）结构域；该结构域是GS3发挥功能的关键，在植株整体水平上也表现出对器官大小的调控效应。根据揭示的GS3在种质资源中的序列特征，创建了多个功能标记，应用于水稻育种。

（3）克隆了正调控水稻粒宽的微效QTL GS5，揭示了其调控的分子机理。用图位克隆分离出控制水稻种子粒宽和千粒重的微效QTL GS5，它是作物中克隆的第一个种子大小的正调控因子。GS5编码丝氨酸羧肽酶，通过调控细胞数目、控制粒宽和灌浆速度，影响产量。种子大小与GS5基因表达量正相关，是启动子突变的结果，而与编码序列无关。GS5启动子的自然变异可用于水稻产量性状的改良。该成果被教育部评为2011年中国高等学校十大科技进展。

（4）克隆控制水稻产量的多效性基因Ghd7，发现了该基因的不同等位基因与水稻品种区域适应性的密切相关。项目克隆了水稻多效性QTL Ghd7，它编码一个含CCT结构域蛋白，同时影响产量性状每穗粒数、开花期、株高等多个性状。Ghd7对光周期敏感，在长日条件下延迟开花，增加株高，增加每穗粒数，在珍汕97背景下可使单株产量增加50%以上。Ghd7不同等位基因在自然界中具有严格的地理分布特征，功能弱化或无功能的等位基因可使水稻在高纬度地区和生长期较短的条件下种植。Ghd7的其自然变异是影响水稻产量潜力和生态适应性的关键因素之一。该项成果被评为2008年中国基础研究10大新闻。

项目的系列成果受到国内外同行和媒体的高度关注，产生了较大影响。本成果涉及的20篇研究论文被SCIE、CSCD引用总计2758次，他引总计2320次，SCI他引1546次，包括Nature、Science、Nat Genet、Plant Cell、PNAS等重要学术刊物。克隆的基因被国内外多家育种单位应用并培育出新品种。获得中国发明专利3项，美国发明专利1项。获得湖北省自然科学一等奖3项。