发现关键基因 我国科学家破解复粒稻“三粒一簇”之谜

时间： 2024-03-11 02:01     

复粒稻是一种独特的水稻种质资源，与普通水稻穗子上种子粒粒分明不同，它结出的种子可以三粒长在一簇上，因此又被称为“三粒奇”，但这“三粒一簇”特性的机制一直未被破解。近日，中国农业科学院作物科学研究所童红宁团队联合福建省农业科学院水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所，从基因层面揭示了复粒稻“三粒一簇”的遗传机制，为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新途径。相关研究成果于北京时间3月8日发表在国际期刊《科学》上。

中国农科院作物科学研究所研究员童红宁介绍，水稻是我国主要粮食作物，也是全球超过一半人口的主粮，随着全球人口的增长和人均耕地面积的不断减少，提高水稻单产对保障全球粮食安全具有重要意义。单产的突破很大程度上依赖于水稻种质资源中重大基因的发掘利用。其中，提高每亩水稻的穗数、穗粒数和粒重是关键。因此，自20世纪30年代起，国际遗传学界就开始关注复粒稻“三粒一簇”现象，但始终未能从基因层面根本破解其机理。

童红宁团队长期从事植物激素调节水稻生长发育的研究，在此项研究中，该团队通过创制大量复粒稻的衍生突变体，最终发现并克隆了控制复粒稻“三粒一簇”现象的关键基因BRD3。该基因编码的蛋白质可以降解一种被称为“油菜素甾醇”的激素。实验证明，正是在BRD3的作用下，“油菜素甾醇”这种激素的含量降低，导致复粒稻稻穗的二级枝梗增多，使得“三粒一簇”现象出现。通过进一步研究，团队明确了“油菜素甾醇”的作用机理，并发现复粒稻中由于激素被精准调控，穗粒数得以增加，但没有其他常见的激素负面影响，如粒重就不受影响。

中国科学院院士李家洋评价，一般来说，水稻穗粒数越多，粒重就越小，二者常常呈负相关，此项研究成果在一定程度上破解了两者之间的负相关平衡关系，是一种极有潜力的分子设计育种策略。