科学家发现增加水稻分蘖数和产量的重要基因

SD1和HTD1等位基因在现代水稻育种中的导入模式。水稻地图

在20世纪50年代和60年代,育种者利用“矮化基因”改良水稻、小麦和其他作物的株型,培育高产品种,这被称为“绿色革命”。尽管“绿色革命”带来了高产植物类型,科学家们还不清楚是什么因素决定了这一复杂的决定产量的特性。

近日,由中国科学院院士、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员李嘉阳、熊等领导的团队在《分子植物》在线发表了最新研究成果。他们在水稻中发现了绿色革命基因的伴侣基因HTD1HZ,它能有效地增加水稻的分蘖数和产量。这也是首次报道合成基因的有利等位变异在水稻绿色革命中如何被选择和广泛应用,为分子设计和培育稳定、适应性广的水稻品种提供了非常重要的理论和指导意义。

千千告诉《中国科学新闻》,株型是一个非常复杂的农艺性状,也是影响作物产量的主要因素之一。通过改进株型,如株高、分蘖数和每穗粒数,可以显著提高作物产量。植物类型受多种激素的影响,这是育种研究的难点。

“绿色革命”的代表性成果是1967年由国际水稻研究所培育的IR8。这个品种成功地解决了东南亚的食物问题,被称为奇迹大米。神奇水稻IR8抗倒伏,有多个分蘖。它非常稳定,产量高。控制这两个性状的基因来自不同的水稻植株。

据报道,IR8是由一个又矮又壮的亲本,腿低的黑尖,和一个又高又壮的亲本,皮泰培育的。台湾水稻品种低地尖有一个控制矮秆性状的有利等位基因SD1DGWG,而火龙果含有一个增加分蘖数的strigolactone等位基因HTD1HZ。两者在IR8栽培过程中共同选择固定,相辅相成,实现了低茎秆抗倒伏性和分蘖繁茂性的最佳组合,促进了水稻品种的稳定和广泛适应性。

本研究发现,中国超级稻的父本华占,也含有strigolactone合成基因的新等位基因HTD1HZ。

该论文的第一作者、中国水稻研究所副研究员王跃兴告诉《中国科学报》,中国最大的特点是茎多、分枝多、稳定性好。以华占为父本育成的300多个品种,一系列超级稻组合推动了新一轮杂交水稻品种升级换代,生产效果良好。

研究小组进一步发现,在中国广泛推广的双桂、明恢63等许多有代表性的品种携带HTD1HZ基因,控制矮秆性状的有利等位基因是SD1DGWG。这表明在现代籼稻品种的育种过程中,这两个基因被育种者同时选择和广泛使用。

相关纸质信息:

https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.03.009

标题:科学家发现增加水稻分蘖数和产量的重要基因

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