我科学家克隆出能显著提高超级稻产量基因GS2

中国农业科学院中国水稻研究所超级稻种质创新团队与中国科学院遗传与发育生物研究所等单位合作，从浙江地方大粒品种“宝大粒”中成功分离并克隆了一个能够显着提高超级稻产量的重要基因GS2。相关研究成果在线发表在今年最新一期的国际知名刊物《分子植物（Molecular Plant）》杂志上。该研究得到国家自然科学基金委和科技部的资助。


据悉，水稻种子作为同化产物的储存器官，其收获量是农业生产的直接考核指标。在生产上，水稻产量主要由有效穗数、每穗粒数和谷粒重三要素组成。谷粒重一般由千粒重表示，是粒长、粒宽和粒厚的综合体现。在水稻的长期驯化过程中，由于收获指数大和易加工等特点，逐渐形成了载培种籽粒明显大于野生亲缘种的性状。因此，在超高产育种中，通过增加千粒重来提高水稻产量已经是育种家普遍使用的一个有效手段。
研究团队在上世纪90年代从国家水稻种质资源中期库中获取了一份浙江地方大粒品种“宝大粒”，其植株高而壮，穗长粒大，千粒重在48克以上。通过QTL (数量性状基因座是指控制数量性状的基因在基因组中的位置)分析和高世代回交群体，在第2染色体上获得了一个主效粒型QTL基因GS2，该基因编码了一个水稻生长调控因子OsGRF4。研究人员发现，来自“宝大粒”的GS2等位基因在miR396c靶点发生了一个稀有显性突变，造成该基因表达显着上升，从而促进细胞的分裂和生长，并最终特异增加了穗长和籽粒大小。


通过连续回交育成的近等基因系的田间试验发现，该GS2显性等位基因可显着提高水稻产量，具体表现在显着增加穗长和千粒重的同时，其它农艺性状株如株高和分蘖等变化并不明显，从而提高了收获指数并最终提高产量。“两优培九”为我国第一个两系杂交的超级稻品种，在全国各地的推广种植面积累计已超亿亩。来自“宝大粒”的GS2显性等位基因可使“两优培九”亲本“9311”增加40%以上的千粒重和14%以上的小区产量。而将其与“培矮64S”品种配成杂交稻后，可比超级稻“两优培九”品种进一步增产9.5%。此外，研究人员还发现该GS2显性基因在杂合状态下更符合生产需求，因此将含该GS2显性等位基因的恢复系与优异品质的不育系配组，将有助于培育高产超级稻水稻新品种。
（友香）

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