超級稻粒寬粒重基因調(diào)控產(chǎn)量機制獲揭示

近日，中國水稻研究所水稻基因組模塊創(chuàng)制創(chuàng)新團隊在《新植物學家》在線發(fā)表了最新研究成果。該研究克隆了一個水稻粒寬粒重QTL/基因并開展了功能分析，為闡明水稻粒形的遺傳調(diào)控機制和高產(chǎn)分子育種奠定了基礎。

此前，科學家已克隆了一些控制水稻籽粒大小的重要基因/QTL，但水稻粒形和粒重調(diào)控的分子機理仍不清楚。水稻育種家們利用籽粒大小的自然變異對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)進行改良，但只有少數(shù)幾個粒形調(diào)控基因的等位變異能被廣泛利用。

研究人員利用前期構建的超級雜交稻“兩優(yōu)培九”重組自交系和高分辨率遺傳圖譜，檢測到3 個粒寬QTL 和2 個粒重QTL。隨后，研究人員采用大規(guī)模BC4F2 群體，圖位克隆了一個粒寬粒重QTL-qTGW2，編碼細胞數(shù)目調(diào)控因子OsCNR1。

研究發(fā)現(xiàn)，親本培矮64s 等位型基因在孕穗期穎殼中的轉(zhuǎn)錄水平顯著高于93-11 等位型，穎殼細胞數(shù)目顯著減少。TGW2 基因的啟動子區(qū)引起表達差異的關鍵位點，TGW2 與調(diào)控細胞周期KRP1 的基因組互作模塊，負調(diào)控水稻粒寬和粒重。

將93-11 等位型的tgw2 導入培矮64s 背景，產(chǎn)量可提高12.3%而不影響其他農(nóng)藝性狀。對具有廣泛代表性的水稻種質(zhì)資源的序列分析發(fā)現(xiàn)，TGW2 基因啟動子區(qū)關鍵位點為培矮64s 等位型的多屬于aus稻，并揭示了該基因受育種馴化選擇。

該研究不僅有利于揭示水稻乃至禾本科作物籽粒大小的遺傳調(diào)控機制，而且為水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種提供了新的基因資源，可加快在超級稻育種中的應用。