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遺傳所李家洋研究組與合作者研究發(fā)現(xiàn)綠色革命的伴侶基因
植物株型是一種非常復(fù)雜的農(nóng)藝性狀，是影響作物產(chǎn)量的主要因素。通過植物株型的改良，可以顯著提高作物產(chǎn)量。近年來，超級稻恢復(fù)系“華占”育成了一系列超級稻組合，產(chǎn)生了新一輪的雜交水稻品種的更新?lián)Q代。以華占為父本審定的品種多達300個以上；2015-2018年期間，華占每年有3-4個組合列入全國種植面積前十的雜交稻品種，成為我國雜交水稻育種史上的一大“奇觀”。華占最大的一個特點就是分蘗較多，穩(wěn)產(chǎn)性好。
近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋研究組與中國水稻研究所錢前院士及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所熊國勝研究員課題組通過將華占與廣親和品種熱研2號雜交，構(gòu)建重組自交系進行基因組重測序分析，最終完成了華占的多分蘗特性解析。研究表明華占中含有一個獨角金內(nèi)酯合成基因HIGH TILLERING AND DWARF 1/DWARF17 (HTD1/D17)，HTD1新的等位形式HTD1HZ，能夠有效增加水稻分蘗數(shù)但不影響結(jié)實率，并且HTD1HZ雜合狀態(tài)就能夠增加分蘗數(shù)，使華占配制的雜交稻組合也能獲得穩(wěn)產(chǎn)特性。這一研究成果很好地回答了 “華占”為何能配置如此多的雜交稻組合，并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。上世紀(jì)50-60年代，育種家利用“矮化基因”改良作物，被稱為“綠色革命”。綠色革命代表品種奇跡稻IR8從一個矮小堅強的親本“低腳烏尖”中獲得控制矮桿性狀的有利等位基因SD1DGWG，是實現(xiàn)IR8半矮化抗倒性狀的關(guān)鍵。該團隊研究發(fā)現(xiàn)在奇跡稻IR8的另一個高大繁茂的親本“皮泰”（Peta）中含有HTD1HZ。來自“皮泰”的HTD1HZ和來自“低腳烏尖”SD1DGWG在IR8培育過程中被共同選擇固定下來，實現(xiàn)了矮桿抗倒和多蘗高產(chǎn)的最佳組合。在我國大面積推廣的華占，明恢63和雙桂等多個品種中，都同時攜帶有有HTD1HZ和SD1DGWG。該研究成果表明在水稻育種的 “綠色革命”及之后的現(xiàn)代秈稻品種育種過程中，HTD1HZ與SD1DGWG同時被育種家共同選擇并廣泛利用，成功解析了綠色革命中矮桿多分蘗類型品種的分子機理，并首次報道了水稻獨腳金內(nèi)酯途徑在綠色革命中如何被廣泛應(yīng)用，為穩(wěn)產(chǎn)、廣適性水稻品種分子設(shè)計育種提供了十分重要的理論和指導(dǎo)意義。
該研究成果于2020年3月25日在Molecular Plant在線發(fā)表了題為A strigolactones biosynthesis gene contributed to the Green Revolution in rice的研究論文（DOI:10.1016/j.molp.2020.03.009）。該研究得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程的資助。中國水稻研究所的王躍星副研究員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所的商連光副研究員、曾龍軍助理研究員和中科院遺傳發(fā)育所余泓副研究員為共同第一作者，中國水稻研究所錢前院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所熊國勝研究員與中科院遺傳發(fā)育所李家洋院士為共同通訊作者。
圖：SD1和HTD1有利等位基因在現(xiàn)代育種中應(yīng)用的模式圖
文章來源： 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所
中國植物學(xué)會
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