科學家克隆出正調控水稻粒重基因 _水稻

華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室張啟發院士領銜的水稻國家創新研究團隊，日前成功克隆了正調控水稻粒重的數量性狀基因GS5，進一步的功能研究顯示，該基因在高產分子育種中具有廣闊的應用前景。相關論文已于10月23日在線發表于國際頂級遺傳學雜志《自然—遺傳學》（Nature Genetics）。2008年，該團隊曾在該雜志撰文，報告發現了一個可以同時控制水稻植株高矮、抽穗期和每穗粒數的Ghd7基因。

論文的第一作者是該團隊張啟發與何予卿教授共同指導的博士生李一博。

種子大小是一個非常重要的產量性狀、外觀品質性狀、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鍵基因，以往已經克隆出的GS3、GW2和qSW5粒形基因均與粒形呈負相關，即較高的基因表達水平，種子大小反而隨之下降。經過近10年的研究，華中農業大學團隊此次克隆的GS5卻是一個種子大小的正調控因子，其較高的GS5表達水平可能參與促進細胞周期循環，加快細胞循環進程，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量。大量的研究表明，在除了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%、單株產量提高了7.4％。

據李一博介紹，他們對來自亞洲不同地區的51份水稻品系進行GS5啟動子比較測序，發現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，正好對應不同品系寬、中等寬和窄粒形等3組不同粒寬的性狀。其中，GS5小粒單倍型是野生型，而GS5大粒單倍型是水稻馴化和育種過程中功能獲得性的突變型。啟動子鑲嵌轉化分析進一步表明，上述突變型的形成，取決于GS5啟動子的自然變異。因此， GS5在水稻人工馴化和育種過程中起到了重要作用，并對水稻種子大小的遺傳多樣性貢獻很大。

作物產量是十分復雜的數量性狀，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量，因此如何像控制諸如顏色等質量性狀一樣，利用生物技術改良提高產量一直是作物遺傳育種界的難題。GS5及以前克隆的Ghd7等一大批基因，對于通過生物技術進行改良來提高產量提供了新的可能。粒形作為水稻產量和外觀品質的重大農藝性狀，該研究為作物高產育種提供了具有自主知識產權和重要應用前景的新基因，為闡明作物產量和種子發育的分子遺傳調控機理提出了新見解。
【科學家克隆出正調控水稻粒重基因】
華中農業大學