中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東研究員課題組27日在國際知名學術期刊《自然·通訊》網絡版發(fā)表報告說,他們發(fā)現(xiàn)了一個可以讓稻米品質和產量“協(xié)同提高”的關鍵基因,厘清了植物細胞G蛋白信號轉導途徑調控種子大小作用的全新分子機制,應用到新品種水稻培育中,有望讓水稻好吃又高產。

“我們的‘初心’是給水稻高產關鍵基因dep1找個合適的‘伴侶’,沒想到一找就是8年。”傅向東幽默地說。dep1能通過增加種子數(shù)量實現(xiàn)增產,對我國高產水稻育種貢獻很大,但其品質一般。優(yōu)質大米一般色澤透亮、形狀細長,用專業(yè)詞匯表述就是堊白面積少,堊白粒率低,長寬比大。比如,泰國香米就很細,長寬比在3.2:1左右。

如何給dep1找個身材苗條、皮膚透亮的“對象”,既不改變高產的優(yōu)良性狀,又可以降低堊白、增加長寬比,從而提高品質?

從實驗室到田間地頭,過去8年傅向東團隊走了三步“棋”——

第一步從長粒型美國粳稻品種L204中成功分離并克隆了一個控制水稻產量和品質的重要基因OsMADS1。這個基因的突變可以讓稻米變得更為細長,減少堊白率和堊白面積,提高稻米在外觀、口感等多方面的品質。

第二步進一步篩選并鑒定出具有育種利用價值的一個優(yōu)異等位變異類型lgy3,它可以把優(yōu)質和高產這兩個優(yōu)異性狀結合起來。揭示了G蛋白通過與OsMADS1轉錄因子相互作用來實現(xiàn)水稻產量與品質的協(xié)同提高的新機制。

第三步聚合育種。研究發(fā)現(xiàn),在我國大面積種植的高產水稻品種中不含這種基因的變異類型。在安徽省的三年田間試驗顯示,將這個新的等位基因lgy3引入高產雜交水稻后,在顯著提升稻米品質的基礎上還可使其產量增加7%以上。

“這是一項接地氣、造福百姓的科學研究。”育種專家鈕中一說。優(yōu)異等位基因lgy3的發(fā)現(xiàn)和應用有望解決水稻高產與優(yōu)質之間的矛盾,未來可用于“超級稻”新品種培育并推廣,讓更多稻米既好吃又高產,助力農民增收致富。

“這項研究為水稻高產優(yōu)質分子設計育種直接提供了具有重要應用價值的新基因。”牛津大學植物系教授尼克·哈伯德說。

本項目得到國家自然基金委和中國科學院分子模塊設計育種創(chuàng)新體系先導科技專項資助。