我國科學(xué)家揭示突破水稻產(chǎn)量瓶頸新機制

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該研究由中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團隊完成，相關(guān)成果21日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·生物技術(shù)》發(fā)表。

“不同農(nóng)藝性狀之間常常存在一種此消彼長的權(quán)衡效應(yīng)，如植物高產(chǎn)與抗病、高產(chǎn)與高品質(zhì)的負相關(guān)性等，使得這些優(yōu)異性狀難以兼得?！蔽恼碌谝蛔髡?、中科院遺傳發(fā)育所副研究員宋曉光說，水稻是最重要的主糧作物之一，打破產(chǎn)量性狀之間的負相關(guān)，對于突破水稻產(chǎn)量瓶頸、維護糧食安全具有重要意義。

IPA1是此前李家洋團隊鑒定到的一個水稻株型調(diào)控的主效基因，可用于調(diào)控水稻多方面生長發(fā)育過程，對抗病性和環(huán)境適應(yīng)性也有重要調(diào)控作用，已廣泛應(yīng)用于優(yōu)良水稻品種的培育。但IPA1是一個典型的多效性基因，在增大穗部的同時會使分蘗數(shù)降低，限制了其增加水稻產(chǎn)量的潛力。

在此項最新研究中，團隊創(chuàng)制出大量IPA1順式調(diào)控區(qū)平鋪刪除的基因編輯材料，并從中發(fā)掘出了可以同時提高穗重和穗數(shù)的編輯材料IPA1-Pro10，該編輯材料還同時具有株高變高、莖稈和根系粗壯的表型。經(jīng)田間小區(qū)測產(chǎn)鑒定，IPA1-Pro10與對照品種中花11相比能夠增產(chǎn)15.9%。該研究還進一步闡明了IPA1順式調(diào)控區(qū)調(diào)控穗部表型的分子機制。

“該研究成功實現(xiàn)了水稻產(chǎn)量關(guān)鍵要素間負相關(guān)性的解除，為通過創(chuàng)制全新遺傳資源打破水稻產(chǎn)量瓶頸提供了有效策略?！蔽恼峦ㄓ嵶髡?、中科院遺傳發(fā)育所研究員余泓說，未來對作物核心基因順式調(diào)控區(qū)的系統(tǒng)功能挖掘，有望為突破現(xiàn)有作物育種瓶頸提供新的分子機制與遺傳資源。