神奇的基因GL7

编者按：
水稻基因不仅决定着稻米的品质、产量、抗性等重要农艺性状，而且影响着稻米的“高矮胖瘦”。现在，科学家通过一些技术手段，对水稻中影响重要农艺性状的基因进行鉴定，并采取措施最终实现优质基因的“强强联合”，GL7就是其中一例。本期前沿聚焦将带你认识神奇的基因GL7。

稻米粒长，GL7说了算

一堆是粒短且垩白多，一堆是米粒细长且晶莹剔透的稻米，从中国水稻研究所王跃星博士给记者提供的两堆稻米的外观看，绝对是两个截然不同的品种。其实，后者只是比前者多导入了一个神奇的基因——GrainLengthon?Chromosome7（GL7）。
GL7粒长基因的获得
据了解，国家一级优质籼稻粒长标准是米粒长宽比≥3.0，然而不要小看3.0这个标准值，就好像奥运会百米跑道上0.01秒的突破，在稻米粒长复杂而精确的遗传调控机制前，即便是2.9与3.0，也是差之毫厘失之千里。中国水稻研究所超级稻种质创新团队为此奋斗了10余年。
时间要追溯到2003年。随着稻米市场的开放，消费者对优质米的要求不仅局限于口味适合，而且要求外形美观。于是，中国水稻研究所超级稻种质创新团队将目标定向了粒长基因。
中国水稻研究所研究员朱旭东从四川省引进了一批材料，并给这些材料编号为P1、P2、P3……此后，在大规模配组试验中，发现了一个具备优良粒长外观品质的籼稻品种——P13。将P13与日本品种“日本晴”杂交，杂种F1代出现了长粒的表型。鉴于此，科学家进一步通过基因和表型的关联分析在P13中发现了GL7基因。随后的10余年，研究团队通过分子标记、基因克隆等技术手段，成功克隆了GL7基因。
“美国作为稻米出口大国，特别关注稻米的商品品质，与绝大多数短圆状的粳稻不同，美国的长粒粳稻米粒细长有光泽。”中国水稻研究所超级稻种质创新团队首席研究员钱前告诉记者，“因此，对其粒形调控基因的克隆和功能研究有助于高产优质水稻新品种的培育。”
于是，2012年前后，研究团队便开始了系统的研究。研究发现，在大多数美国长粒粳稻品种中，GL7位点发生了17.1kb的DNA大片段串联重复，这一基因组结构变异导致了GL7基因表达量的上升，同时还引起了其临近的负调控因子表达的下调，引起粒长增加，垩白度和垩白粒率降低，从而显着改善稻米外观品质，揭示了美国长粒粳稻粒长复杂而精确的遗传调控机制。
“≥3.0”不以牺牲产量为代价
随着产量逐步增加，籽粒单粒重逐步增大，杂交水稻在我国南方稻区的推广已经占到了70%以上。然而，“许多品种的外观品质难以达到常规稻的水准，尤其是一些配合力强、制种产量高的不育系，如II-32A、优IA、龙特浦A等，其所配置的杂交稻在稻米品质上根本无法达到国家优质籼稻标准。”钱前说，“高产和优质并不矛盾，却很难兼顾。”
那么，什么才算得上外观品质优？“按照国家一级优质籼稻外观品质标准要求，米粒细长（长宽比≥3.0）、垩白粒率在10%以下。”钱前介绍。
怎么才能得到优质又高产的籼稻？“我们通过对96个品种序列分析证实，“粤丰”等广东优质籼稻品种品质好的重要原因是由于同时聚合了GL7等优势位点。”王跃星告诉记者，“可以说，导入GL7基因后的籼稻产量保持不变，而粒长会增长，垩白度和垩白粒率会降低，基本都能达到一级优质米标准。”
据了解，在印度人最喜爱的印度香米中一种谷粒改良基因使得产量下降了14%，而GL7基因的神奇之处就在于，是在保持高产量的同时提高品质。“将GL7导入高产籼稻‘T461’后，育成的优质品种‘夏禾’同时兼顾高产和优质的特性。”王跃星说，“我们做了大量的类似实验，结果都是一致的。”
“≥3.0”与口感的两全
一碗普通圆粒粳米饭卖2元，一碗长粒粳米饭卖4元，你会怎么选？随着人们生活水平的提高，对于作为一日三餐主食的大米的品质要求也越来越高，并且需求也在逐渐变化，具有粘软口感的长粒粳稻品种当然是首选。
可见，水稻粒形已经成为重要的水稻育种农艺性状，以市场为导向的育种将会向着大有可为的长粒粳稻转变。
“这一基因可通过促进纵向细胞分裂超过横向细胞分裂，来诱导稻米形状发生根本改变。由于GL7是显性基因，使得可以利用它来构建出杂交品种。而邻近的一个基因编码了一种参与将DNA转录为RNA的蛋白质，其抑制了这一效应，则可让其丧失功能。”王跃星从基因遗传学的角度分析了粒形变化的机理，“将GL7基因通过杂交育种导入北方粳米品种中，为达到外观品质与口感的完美结合提供了快速可靠的途径。目前能确定的是粳稻的外观品质绝对可以得到改良，但是否能百分之百达到‘≥3.0’还没有定论。”
采访到最后，钱前感慨，期待在不久的将来，通过GL7基因的开发利用，市场上将有更多外观优异的长粒粳稻大米出现。 （农民日报）

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