华中农业大学科学家克隆调控水稻粒重的基因

新华社武汉10月24日电(范敬群、艾启平)华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室张启发院士带领国家水稻创新研究小组,最近成功克隆了调控水稻粒重的数量性状基因GS5。

进一步的功能研究表明,该基因在高产分子育种中具有广阔的应用前景。

这项研究的相关论文于10月23日在线发表在顶级国际遗传学杂志《自然遗传学》(NatureGenetics)上。

论文的第一作者是李一波,他是由张启发和团队的何玉清教授共同指导的博士生。

多年来,科学家们一直试图找到控制谷物重量,即种子大小的关键基因。GS3、GW2和qSW5先前克隆的粒形基因与粒形呈负相关,即较高的基因表达水平导致种子大小减小。

经过近10年的研究,华中农业大学团队这次克隆的GS5是种子大小的积极调节因子。GS5较高的表达水平可能参与促进细胞周期循环,加速细胞周期进程,从而促进水稻颖片细胞的侧向分裂,进一步增加颖片宽度,进一步加快籽粒灌浆和胚乳生长速度,最终增加单株种子大小、粒重和产量。

大量研究表明,在遗传背景相同、除籽粒大小外目标性状不同的两种遗传材料中,大粒材料比小粒材料含有更高的GS5基因表达,大粒比小粒材料宽8.7%,千粒重高7.0%,单株产量高7.4%。

根据李一波的介绍,他们对亚洲不同地区51个水稻品系的GS5启动子进行了比较和测序,发现GS5在性质上主要有3种不同的组合,即GS5大粒单倍型、GS5中粒单倍型和GS5小粒单倍型,它们正好对应不同线宽、中粒宽和窄粒形等3组不同的线宽特征。

其中,GS5小粒单体型为野生型,GS5大粒单体型为水稻驯化育种过程中功能获得的突变型。

启动子嵌合转化分析进一步表明,上述突变体的形成取决于GS5启动子的自然变异。

因此,GS5在水稻人工驯化育种中发挥着重要作用,对水稻种子大小的遗传多样性做出了巨大贡献。

据了解,大量基因,如GS5和先前克隆的Ghd7,为通过生物技术提高产量提供了新的可能性。

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