上海科学家成功克隆控制水稻粒重基因
小粒品种(左)经辅助育种后,米粒个头明显长大(右)。
后盘中餐,粒粒皆变宽。记者4月9日从中科院上海生科院植物生理生态所获悉,在与水稻产量相关的功能基因研究上,该所林鸿宣研究组取得突破性进展:成功克隆控制水稻粒重的基因GW2,这把拥有自主知识产权的“基因钥匙”,在高产分子育种方面显示出重要应用前景。相关论文本月8日在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然・遗传学》。
要在水稻约4万个基因中,找到有助于解决粮食问题的基因,可谓“大海捞针”。目前,全球科学家只克隆出上百个水稻功能基因,而它们并不都有直接利用价值。其中,“粒重基因”作为决定水稻产量的要素之一,正成为国际研究热点,科学家们已瞄准几个有关基因。而此次我国科学家找到的基因,不仅属新发现,还明确了其分子遗传调控机理。
野生稻种的稻粒都很小,既保证了其种子数量,又便于传播,但这种“本性”并非人类所愿。多年来,植生所“植物分子遗传国家重点实验室”林鸿宣研究员及其博士生宋献军、黄巍等,通过加入分子标记进行***、定位,从多个控制水稻粒重的基因中,发现GW2为“主效基因”。该基因能加快谷粒颖壳的细胞分裂,增加细胞数目,使颖壳这一“容器”变大,从而显著加快灌浆速度,增加谷粒宽度、粒重及产量。
通过分子标记辅助育种方法,科研人员将大粒品种的GW2基因导入小粒品种,培育成新株系,并与小粒品种进行比较试验。结果表明,新株系每穗的粒数虽减少了29.9%,但粒重增加了49.8%,因此单株产量仍增加近两成。从外观上看,大粒的粒径变得更宽,体积是小粒的1.5倍左右。专家表示,下一步在小区试验田中的较大面积播种,才能验证其亩产提高幅度有多少。
这种“大号米”怎样走上餐桌?研究人员介绍,利用已有的自然变异型大粒品种,与其它优质稻种杂交,并用这把“基因钥匙”进行人工选育,经过约七八代后,“大粒”性状就会自然而然保留,结出大小合适的谷粒。由于不再需要做“基因手术”,也就不属于“转基因”食品。
据悉,这是林鸿宣的研究组继克隆水稻耐盐功能基因SKC1之后,两年内第二次登上《自然・遗传学》。3位国际评审人对这项研究一致给予高度评价,称“这是一项在水稻产量育种史上有重要意义的工作”。