生物实验技术

水稻是一种重要的粮食作物，世界上近一半的人以稻米为主粮。近日，来自华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室和国家植物基因研究中心的研究人员日前成功克隆出正调控水稻粒重的数量性状基因GS5，并证实该基因在高产分子育种中具有广阔的应用前景。相关研究成果发布在Nature Genetics杂志上。


研究人员克隆并鉴别了的一个种子大小的正调控因子GS5。研究人员证实较高的GS5表达水平可能参与促进细胞周期循环，加快细胞循环进程，从而促进水稻颖壳细胞的横向分裂，进而增大颖壳的宽度，继而加快谷粒的充实和胚乳的生长速度，最终增大种子的大小以及增加谷粒的重量和单株产量。大量的研究表明，在除了谷粒大小目标性状有差异，而遗传背景完全相同的两个遗传材料中，谷粒大的材料比谷粒小者含有较高GS5基因表达，大粒比小粒宽了8.7%、千粒重增加了7.0%、单株产量提高了7.4%。


随后他们又对来自亚洲不同地区的51份水稻品系进行GS5启动子比较测序，发现GS5在自然界主要有3种不同的组合方式，分别是GS5大粒单倍型、GS5中粒单倍型和GS5小粒单倍型，正好对应不同品系宽、中等宽和窄粒形等3组不同粒宽的性状。其中，GS5小粒单倍型是野生型，而GS5大粒单倍型是水稻驯化和育种过程中功能获得性的突变型。启动子镶嵌转化分析进一步表明，上述突变型的形成，取决于GS5启动子的自然变异。因此，GS5在水稻人工驯化和育种过程中起到了重要作用，并对水稻种子大小的遗传多样性贡献很大。


粒形作为水稻产量和外观品质的重大农艺性状，新研究为作物高产育种提供了具有自主知识产权和重要应用前景的新基因，为阐明作物产量和种子发育的分子遗传调控机理提出了新见解。