科学家发现增加水稻分蘖数和产量的重要基因

SD1和HTD1等位基因在现代水稻育种中的导入模式图。水稻所供图

上世纪50-60年代，育种学家利用“矮化基因”改良水稻、小麦等作物株型，培育高产品种，被称为“绿色革命”。虽然“绿色革命”带来了高产的株型，但是这种复杂且决定产量的性状究竟由什么因素决定，科学家并不清楚。

近日，中国科学院院士钱前、李家洋和中国农科院深圳农业基因组研究所研究员熊国胜带领的团队在《分子植物》（Molecular Plant）在线发表最新研究成果。他们发现了一个水稻绿色革命基因的伴侣基因HTD1HZ，它能够有效增加水稻分蘖数和产量。这也是首次报道独脚金内酯合成基因的有利等位变异如何在水稻绿色革命中被选择和广泛应用，为稳产、广适性水稻品种分子设计育种提供了十分重要的理论和指导意义。

钱前告诉《中国科学报》，植物株型是一种非常复杂的农艺性状，是影响作物产量的主要因素之一。通过植物株型的改良，如植株高度、分蘖数和穗粒数等，可以显著提高作物产量。植物株型受到多种激素的影响，是育种研究难点。

“绿色革命”的代表性成果是国际水稻研究所于1967年培育的IR8，这一品种成功解决了东南亚地区的粮食问题，被誉为奇迹稻。奇迹稻IR8矮杆抗倒，同时丛生多蘖，十分稳产高产，控制这两个性状的基因分别来自不同的水稻植株。

据介绍，IR8由矮小坚强亲本低脚乌尖和高大繁茂亲本皮泰繁育而成。中国台湾水稻品种低脚乌尖带有控制矮杆性状的有利等位基因SD1DGWG，而皮泰中含有增加分蘖数的独脚金内酯等位基因HTD1HZ。二者在IR8培育过程中被共同选择固定下来，相辅相成，实现了矮杆抗倒和繁茂多蘖的最佳组合，促进水稻品种的稳产广适性。

此次研究发现，我国超级稻父本品种华占也含有独脚金内酯合成基因的新等位基因HTD1HZ。

论文第一作者、中国水稻研究所副研究员王跃星告诉《中国科学报》，华占最大的一个特点就是茎枝较多，稳产性好。以华占为父本育成的品种超过300个，一系列超级稻组合推动了新一轮的杂交水稻品种的更新换代，在生产上有良好的效果。

研究团队进一步发现，我国大面积推广的双桂、明恢63等多个具有代表性的品种中，都携带HTD1HZ基因，控制矮秆性状的有利等位基因则是SD1DGWG。这表明，在现代籼稻品种育种过程中，这两个基因同时被育种家选择并广泛利用。

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https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.03.009

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