亚热带生态所夏新界研究组发现协同调控水稻粒形、粒重和非生物耐逆性的重要基因
    2016-12-16      王曼玲     字体大小[]

      由中国科学院亚热带农业生态研究所夏新界研究员领衔的科研团队近日在水稻粒型、粒重及非生物耐逆性调控功能基因研究获得新进展。

      水稻是重要的粮食作物,水稻育种的首要目标是提高产量。非生物逆境(干旱、洪涝、高/低温、盐碱等)通常会严重影响到水稻的生长及产量,而水稻粒形则是与稻谷产量和稻米品质都直接相关的重要农艺性状之一。如何提高水稻耐逆能力,保持其在非生物逆境条件下的产量,保障我国粮食安全,对我国乃至世界农业的持续稳定发展具有十分重要的战略意义。

      基于此,该科研团队采用Affymetrix基因芯片系统与含51,279 个转录本的水稻表达芯片,并结合qRealtime-PCR分析验证筛选得到目标基因OsSGL(STRESS_tolerance and GRAIN_LENGTH)。OsSGL是一个一因多效的关键基因,定位于细胞核,具有转录自激活活性,在5个籼稻、粳稻品种中过量表达该基因,能明显增加粒长(増24.8%)、粒重(増16.3%),改良水稻穗形、株形,同时提高米质。细胞学观察发现,颖花细胞数目的增加,细胞体积纵向增大是粒长增加的主要原因。结合基因芯片数据和qReal-time PCR两者数据筛选下游调控基因,初步推测OsXCL基因可能位于细胞分裂素(Cytokinin, CK)信号传导途径上游,通过细胞分裂素A类应答调节子OsRRs作用于下游响应基因,如细胞周期G1/S期相关基因,促进顶端分生组织细胞有丝分裂以增加细胞数目,增加细胞体积,同时调节细胞的轴向性生长,最终增加水稻籽粒大小和产量,调控水稻生长发育。进一步研究发现,OsSGL基因能同时正向调控水稻的耐非生物逆境,如旱性、高盐、低温等能力。

      粮食高产、优质是植物基础科学和应用科学研究的两个最重要目标。大多数已克隆的控制水稻粒形、粒重的重要基因为负调控基因,且某些基因功能的行使需要不同遗传背景下的特异遗传因子。而水稻粒形变大、粒重增加常常带来稻米品质下降问题,因此,其实际育种应用还有一定难度。而OsSGL基因则可做为新的高产、优质、“理想株型”超级稻分子选育候选基因直接应用于生产实践。对该基因分子作用机理的深入挖掘也为水稻组织器官生长发育及逆境响应协同调控网络研究开辟新的道路。

      该研究成果近期以OsSGL, a novel pleiotropic stress-related gene enhances grain length and yield in rice为题,发表在Nature子刊Scientific Reports上。该研究得到了亚热带生态所公共技术服务中心的大力支持,该研究也得到了国家自然基因、湖南省自然科学基金等项目的资助。

      论文链接

    图1 OsSGL基因转入多个水稻品种中过量表达使水稻粒长增加

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