華中農(nóng)業(yè)大學作物遺傳改良國家重點實驗室張啟發(fā)院士領(lǐng)銜的水稻國家創(chuàng)新研究團隊，日前成功克隆了正調(diào)控水稻粒重的數(shù)量性狀基因GS5。該基因在高產(chǎn)分子育種中具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)論文10月23日在線發(fā)表于《自然·遺傳學》。
種子大小是非常重要的產(chǎn)量性狀、外觀品質(zhì)性狀、作物馴化和人工育種的靶性狀。多年來，科學家們一直致力于尋找控制粒重即種子大小的關(guān)鍵基因。以往科學家們克隆出的粒形基因均與粒形呈負相關(guān)，即較高的基因表達水平，種子大小反而隨之下降。經(jīng)過近10年的研究，華中農(nóng)業(yè)大學團隊克隆的GS5是一個種子大小的正調(diào)控因子，其較高的表達水平可能參與促進細胞周期循環(huán)，加快細胞循環(huán)進程，從而促進水稻穎殼細胞的橫向分裂，進而增大穎殼的寬度，繼而加快谷粒的充實和胚乳的生長速度，最終增大種子的大小以及增加谷粒的重量和單株產(chǎn)量。大量研究表明，在谷粒大小目標性狀有差異，而遺傳背景完全相同的兩個遺傳材料中，谷粒大的材料比谷粒小者含有較高GS5基因表達，大粒比小粒寬了8.7%、千粒重增加了7.0%、單株產(chǎn)量提高7.4%。
論文的第一作者李一博介紹，他們對來自亞洲不同地區(qū)的51份水稻品系進行GS5啟動子比較測序，發(fā)現(xiàn)GS5在自然界主要有3種不同的組合方式，分別是GS5大粒單倍型、GS5中粒單倍型和GS5小粒單倍型，正好對應(yīng)不同品系寬、中等寬和窄粒形等3組不同粒寬的性狀。啟動子鑲嵌轉(zhuǎn)化分析進一步表明，上述突變型的形成，取決于GS5啟動子的自然變異。
作物產(chǎn)量是十分復(fù)雜的數(shù)量性狀，受各種因素影響，科學界以前普遍認為需要改變許多基因才能夠增加水稻產(chǎn)量。GS5等基因的成功克隆，對于通過改良生物技術(shù)提高產(chǎn)量提供了新的可能。
來源：科技日報 編輯：馮媛