復粒稻是一種獨特的水稻種質(zhì)資源，與普通水稻穗子上種子粒粒分明不同，它結出的種子可以三粒長(cháng)在一簇上，因此又被稱(chēng)為“三粒奇”，但這“三粒一簇”特性的機制一直未被破解。近日，中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所童紅寧團隊聯(lián)合福建省農業(yè)科學(xué)院水稻研究所、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，從基因層面揭示了復粒稻“三粒一簇”的遺傳機制，為培育高產(chǎn)水稻新品種提供了理論基礎和新途徑。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間3月8日發(fā)表在國際期刊《科學(xué)》上。

 

  中國農科院作物科學(xué)研究所研究員童紅寧介紹，水稻是我國主要糧食作物，也是全球超過(guò)一半人口的主糧，隨著(zhù)全球人口的增長(cháng)和人均耕地面積的不斷減少，提高水稻單產(chǎn)對保障全球糧食安全具有重要意義。單產(chǎn)的突破很大程度上依賴(lài)于水稻種質(zhì)資源中重大基因的發(fā)掘利用。其中，提高每畝水稻的穗數、穗粒數和粒重是關(guān)鍵。因此，自20世紀30年代起，國際遺傳學(xué)界就開(kāi)始關(guān)注復粒稻“三粒一簇”現象，但始終未能從基因層面根本破解其機理。

 

  童紅寧團隊長(cháng)期從事植物激素調節水稻生長(cháng)發(fā)育的研究，在此項研究中，該團隊通過(guò)創(chuàng )制大量復粒稻的衍生突變體，最終發(fā)現并克隆了控制復粒稻“三粒一簇”現象的關(guān)鍵基因BRD3。該基因編碼的蛋白質(zhì)可以降解一種被稱(chēng)為“油菜素甾醇”的激素。實(shí)驗證明，正是在BRD3的作用下，“油菜素甾醇”這種激素的含量降低，導致復粒稻稻穗的二級枝梗增多，使得“三粒一簇”現象出現。通過(guò)進(jìn)一步研究，團隊明確了“油菜素甾醇”的作用機理，并發(fā)現復粒稻中由于激素被精準調控，穗粒數得以增加，但沒(méi)有其他常見(jiàn)的激素負面影響，如粒重就不受影響。

 

  中國科學(xué)院院士李家洋評價(jià)，一般來(lái)說(shuō)，水稻穗粒數越多，粒重就越小，二者常常呈負相關(guān)，此項研究成果在一定程度上破解了兩者之間的負相關(guān)平衡關(guān)系，是一種極有潛力的分子設計育種策略。（楊舒）