中国科学家发现一水稻基因在自然界变异 可增产15%

2017-11-20 14:23:06  点击量:

　   作为地球上最为重要的粮食作物之一，水稻的产量直接关系到地球近一半人口的温饱，不断增加水稻产量一直是很多农业科学家毕生的追求。

　　日前，中国科学家发现水稻的穗发育基因（FRIZZY PANICLE，FZP）在自然界中发生变异，可显著增加水稻每穗的粒数和轻微降低每粒的粒重，使水稻产量增加15%。

　　北京时间10月31日00：00，上述研究论文在国际学术期刊《自然》（nature）的子刊《自然·植物》（nature plants）在线发表。该研究来自华中农业大学生命科学技术学院教授邢永忠的研究小组。

　　邢永忠在接受澎湃新闻采访时表示，水稻的穗发育基因（FRIZZY PANICLE，FZP）具有阻止腋芽分生组织形成并建立花分生组织的作用，水稻的产量和其密切相关。

　　邢永忠称，FZP是一个很重要的发育基因，其编码蛋白是不能改变的，若改变则水稻就无法结种。但是，可以通过控制FZP的表达量来控制水稻的产量。FZP的功能强，水稻粒子就变大，粒子数变少；FZP功能弱，水稻粒子就变小，粒子数就变多。

　　邢永忠称，每穗粒数、穗数和千粒重三个因素决定了水稻单亩产量，但是增加每穗粒数是增加产量的最有效途径。FZP的表达量变化恰好同时调控每穗粒数和千粒重的变化，如何优化FZP的表达量从而使二者关系最优化，从而使水稻产量最大化，是需要进一步研究的。

　　邢永忠研究小组就利用粒形差异显著的亲本川7和豪博卡构建的群体通过图位克隆（Map - based cloning，又称定位克隆），在亲本川7的FZP上游5.3kb处，发现一个18bp片段的转录沉默子发生复制，造成拷贝数变异(Copy number variation，CNV)，名为CNV-18bp，使得亲本川7里有两个18bp片段串联在一起。

　　拷贝数（copy number）是指某基因在某一生物的基因组中的个数，单拷贝就是该基因在该生物基因组中只有一个，多则指有多个。拷贝数变异(Copy number variation，CNV)是由基因组发生重排而导致的，一般指长度为1kb以上的基因组大片段的拷贝数增加或者减少。

　　进一步的研究发现，转录抑制子OsBZR1结合CNV-18bp中的CGTG基因序列，从而抑制了FZP的表达。这种有两个18bp片段的FZP表达量比单个拷贝的要低，使得穗分枝时间更长，产生更多的种子，种子略微变小。该团队通过研究发现，有两个18bp片段的水稻千粒重大概减少了10%左右，每穗粒数增加40%-50%，穗数并无显著性差异，但水稻产量要比只有一个18bp片段的高15%。

　　事实上，绝大多数水稻中只有一个18bp片段，邢永忠团队检测了500多份材料发现，只有印度、孟加拉等东南亚地区的少数品种才有两个串联的18bp片段。邢永忠称，这种是在自然界中发生变异的。因此，可以利用分子标记辅助育种，使该优良等位基因在中国高产品种的改良中发挥巨大作用。

　　邢永忠对此很有信心，其所领导的小组正在利用该优良等位基因，对中国水稻骨干亲本加以改良。