研究发现水稻新基因
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生物通,2012-12-28
来自南京农业大学、江苏省农业科学院、中国水稻研究中心等处的研究人员发现了一个可以影响水稻品质，提高水稻产量的新基因，有望将其应用于培育新的水稻品种。这一研究成果发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。
来自南京农业大学的张红生教授、中科院遗传与发育研究所的李家洋院士以及中国水稻研究所的钱前教授为这篇论文的共同通讯作者。
随着世界人口的不断增长，人类对于谷物的需求将进一步加大。据预测到2025年，世界人口将激增到89亿，而粮食产量必须比现在增产50%以上，才能满足迅速增长的人口需求。水稻是最重要的粮食作物之一。全球约有60%的人口以大米为主食，因此增加水稻产量对世界，尤其对我国粮食安全至关重要。
粒重、穗数和每穗粒数是决定水稻产量的三大要素。当每穗粒数和穗数达到理想水平时，改良粒重对于在水稻选育中进一步提高产量起重要的作用。粒重是由粒长、粒宽和粒厚所决定，它们都是多基因控制的数量性状。迄今为止，研究人员利用RFLP、RAPD、AFLP、SSR等分子标记定位了一些控制粒重和粒形的数量性状位点(Quantitative trait locus，QTL)，但鉴于粒重基因群的复杂性和分子技术的局限，精细定位并克隆的基因极少。
在这篇文章中，研究人员克隆并确定了一个重要的等位基因qGL3的功能特征，这一基因有可能编码了一个具有Kelch重复域的蛋白磷酸酶OsPPKL1。此外，他们还在水稻基因组中发现了OsPPKL1的两个同系物：OsPPKL2和OsPPKL3。转基因研究表明OsPPKL1和OsPPKL3的功能是充当粒长的负调控子，而OsPPKL2则是充当正调控子。研究人员发现Kelch结构域是OsPPKL1发挥生物功能的必要条件。通过在OsPPKL1第二Kelch结构域一个保守的AVLDT 基序（motif）上引入天冬氨酸与谷氨酸置换，qGL3可导致长谷粒表型。田间试验表明应用qGL3等位基因可以通过影响粒长、粒重和籽粒充实度，从而显著提高近交和杂交水稻品种的产量。
新研究确定了一个可对水稻粒长和粒重产生巨大影响的等位基因qGL3，这一研究发现对于培育新的优良品种，大大提高水稻产量具有重要的意义。
