水稻産量調控“密碼”破解
- 發佈時間：2015-12-24 01:30:27 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 （記者王怡 謝開飛 通訊員黃獻光）武漢大學李紹清、福建農業科學院趙明富、中科院遺傳與發育生物學研究所儲成才和李雲海以及中國農業科學院朱旭東等科學家分別組成的三個科研團隊，近日發現了一種調節水稻籽粒大小和産量的新分子模組。三個科研團隊的三篇獨立論文于12月22日線上發表在本週《自然·植物》學術期刊上。
根據研究成果顯示，三個研究團隊採用了不同的方法來使生長調節因子受到了小核糖核酸分子miR396的抑制，而這兩者在一起控制了水稻籽粒的大小和數量，這表明它們可能是未來顯著提高作物産量的關鍵。
通常增加水稻産量的方法有兩種：一是增加植物上花或者是穗的數量，從而增加籽粒的數量；二是增加每粒水稻的大小。李紹清和他的研究團隊發現在雜交水稻中miR396的表達被抑制，進而使其于生長因子六（GRF6）的表達激活了一種植物激素的生物合成與信號傳遞促進水稻穗的形成。
在另外兩個科研團隊的研究中，科研人員發現了兩種形式的生長因子四（GRF4）都能顯著增加籽粒重量。他們發現這兩種形式的生長因子四都包含突變，這些突變讓它們對於miR396的抑制不敏感。儲成才及其研究團隊發現生長因子四的表達增加會激活另一種類型的植物激素反應，從而進一步增強籽粒的發育和增加籽粒的大小。李雲海及其研究團隊發現生長因子四也通過和轉錄共激活因子（幫助激活基因表達的蛋白質）的互動增加籽粒的大小和重量。
三個研究團隊都找到miR396和生長因子的模組通過多個分子通路調控穀物産量。研究人員表示，雖然生長因子六與生長因子四都受到miR396的調控，但這兩者增加穀物産量的方式不同，這將有助於指導未來選育水稻高産品種。
趙明富介紹説，水稻産量由分蘗數、穗粒數和粒重三要素所決定。然而在實際育種工作中，這三者間卻存在非常強的負相關。也就是説，當某一個要素增加時，另外兩種成份就會呈現減少現象，這也是水稻育種面臨的一大難題。研究團隊通過生理生化、遺傳學等手段，詳細研究了GL2調控水稻籽粒大小的分子機制，發現了重要植物激素——油菜素內酯調控籽粒大小的特異性分支途徑，詮釋了調控水稻籽粒大小的分子機制，突破了決定水稻産量三要素（粒重、分蘗數、穗粒數）同時具有正向效應的育種難題，為水稻高産育種，提供了非常難得的育種材料和基因資源。若這項成果得到大面積轉化應用，按照小區增産平均值11％來推算，預計每年的增産潛力將使我國水稻增産2300萬噸，全球水稻增産8074萬噸。
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