点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:关注百年的课题破解了!我国科学家揭示复粒稻遗传奥秘
首页> 光明科普云> 农业农村频道> 三农看点 > 正文

关注百年的课题破解了!我国科学家揭示复粒稻遗传奥秘

来源:光明网2024-03-08 10:05

  复粒稻是一种具有多粒簇生特点的水稻种质资源,自上世纪三十年代被世界各国陆续报道以来,因其独特的表型引起了众多科学家的关注,开展了大量研究,最终将控制簇生的CL位点定位在6号染色体一个较大区间内,但一直未克隆到具体基因,复粒稻形成的遗传机制始终是未解之谜。

关注百年的课题破解了!我国科学家揭示复粒稻遗传奥秘

  3月8日,由中国农业科学院作物科学研究所童红宁研究员领衔的研究团队,破译了国际关注近百年的水稻种质资源“复粒稻”形成的遗传基础,揭示了植物激素油菜素甾醇(BR)调控水稻穗粒数的机制,为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新路径。研究成果以长文形式在线发表于《科学(Science)》。

关注百年的课题破解了!我国科学家揭示复粒稻遗传奥秘

 逆向推导,终定位突变基因

  童红宁介绍,为了寻找目标基因,研究团队对复粒稻种质进行了大规模化学诱变,创制了1万份(约16万个单株)复粒稻诱变株系,通过在田间逐一仔细鉴定穗部特征,从中筛选出2份不簇生的突变体株系,终于定位到发生突变的基因BRD3,在复粒稻中通过基因编辑将其敲除后簇生表型消失。

  研究人员进一步通过基因组测序发现,CL位点不仅包含了BRD3,还包含了激活其表达的复杂染色体结构变异,解释了其通过传统方法难以克隆到具体基因的原因。

  首次发现BR调控奥秘,复粒稻可实现“穗多粒重两不误”

  由于BRD3基因编码BR代谢酶,研究人员进一步解析了BR如何调控穗粒数的分子通路。在水稻穗分枝过程中,会依次发育出“一级分枝分生组织”、“二级分枝分生组织”、和“小穗分生组织”,这些分生组织的持续分化和转化最终决定了穗粒数。

关注百年的课题破解了!我国科学家揭示复粒稻遗传奥秘

  实验显示,BRD3在水稻二级分枝分生组织部位被激活,导致了该部位BR含量减少,进而通过一系列生物学过程促进分生组织转化调控因子RCN2的表达,延迟二级分枝分生组织向小穗分生组织的转变,最终产生更多的水稻二级分枝,从而增加穗粒数。该研究是首次发现BR具有通过调控水稻穗二级分枝决定穗粒数的作用。

  由于复粒稻中BRD3仅在特定组织中被CL位点中的结构变异适度的激活表达,降低了BR含量从而使得穗粒数增多;同时,对粒重等农艺性状并没有任何影响,因此,最终表现为产量提升。

  田间试验显示,相对于非簇生对照,复粒稻二级枝梗数可增加35.2%,导致穗粒数增加28.2%,而其它产量性状如穗数和粒重等都没有显著差异,最终产量可增加11.27%~20.96%。这一发现反映了BR的作用具有时空特异性,为破解水稻穗粒数和粒重之间的负相关平衡关系提供了新的技术路径,为未来水稻新品种改良、实现产量突破提供了可能。

  为水稻增产提供新思路

  簇生是一种在其他植物中也广泛存在的表型特征。通过对簇生辣椒和非簇生辣椒,以及具有簇生花的蔷薇和非簇生花的玫瑰进行BR测量比较发现,和水稻一样,簇生与非簇生之间具有类似的BR含量变化,这一结果暗示BR含量控制簇生的机制在大自然中可能具有普遍性。

  中国科学院院士李家洋认为,该研究发现组织特异性地抑制BR含量可以只增加穗粒数,而不影响粒重和品质,一定程度上破解了两者之间的负相关平衡关系,是一种极有潜力的分子设计策略。这个策略对于其它激素而言也具有参考意义,尤其是在植物体内具有动态转运的激素如生长素和细胞分裂素等。未来应在作物中进一步加强植物激素空间分布调控的相关基础研究,为理解多性状的相互关联与平衡机制,进而开展多性状的协同改良奠定基础,最终实现高产稳产并保障粮食安全。

  中国科学院院士林鸿宣认为,复粒稻历史悠久,早年间在连锁群构建中就被用作水稻6号染色体的重要表型标记。近年来很多人对该表型性状一直开展研究,但相关调控基因克隆难度大,一直未成功。现在很高兴看到这项工作最终解开了答案,发现BR含量控制着这个表型。这是红宁等人在多年从事水稻BR研究的基础上取得的重大突破。这项工作也说明从种质资源中挖掘基因资源是突破当前作物产量瓶颈的有效途径,应给予高度重视。

  福建省农业科学院水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所作为合作单位参与本研究。中国农科院作科所博士毕业生张晓星、助理研究员孟文静、刘大普以及福建农科院潘德灼博士为论文共同第一作者,中国农科院作科所童红宁研究员、福建农科院赵明富研究员、中国农科院作科所钱前院士为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国农科院创新工程、崖州湾种子实验室、福建省“5511”协同创新工程等项目资助。(光明网记者宋雅娟)

[ 责编:肖春芳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 湖南轨道交通装备制造企业加紧生产

  • 广西强化防汛备汛工作

独家策划

推荐阅读
从1999年起,有着“神箭”称号的长二F火箭全程参与了中国载人航天工程“三步走”战略的每一步。它用100%的成功率,为航天员搭建出一条安全“天梯”。
2024-04-26 09:33
近期,人工智能(AI)+机器人赛道广受关注。尤翔宇表示,梳理人形机器人产业技术发展脉络,主要有底层硬件、运动控制和具身智能3条路线。优必选相关负责人表示,未来,公司将聚焦人形机器人的三大应用场景,包括工业制造、商用服务和家庭陪伴。
2024-04-26 09:41
中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁在4月24日举行的2024年中国航天大会主论坛上透露,我国计划于2030年前后发射天问三号探测器,实施火星采样返回任务。
2024-04-26 09:40
春日里,云南双江县各大茶山的春茶迎来开采季。北回归线横穿而过的双江,拥有适宜茶树生长发育的自然条件,现有以“冰岛茶”为代表的百年以上栽培型古茶树3.69万亩。
2024-04-26 09:35
每年,都有这样一群“空中旅客”,南北来回奔波。迁徙之路漫长曲折,一路充满生死考验,它们却高声歌唱,不知疲倦地追逐着自己的目标。
2024-04-26 09:34
力争在生命科学等领域达到全球领先水平,在颠覆性技术和关键核心技术上实现重大突破;打造高水平人才集聚地,人才梯队体系较为完备,成为全球向往的创业乐土。
2024-04-26 09:26
4月25日20时59分,搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十八号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道。航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。
2024-04-26 09:24
朱松纯表示,“通通”在日常学习与训练中,使用的A100芯片不超过10块,这意味着“通通”不依赖庞大的算力和海量数据就能学习成长。“通通”也可以与具身智能机器人相结合,为智能制造、智慧城市、医疗健康等领域带来革命性变化。
2024-04-26 09:38
日前,农业农村部发布非主要农作物品种登记撤销公告,撤销向日葵、黄瓜、甜瓜、油菜等问题品种312个,切实推进登记品种从严规范管理,持续营造激励创新、公平竞争的市场环境。
2024-04-25 10:36
英国牛津大学和美国麻省理工学院领导的一项新研究恢复了37亿年前的地球磁场记录,发现它与今天地球周围的磁场非常相似。
2024-04-25 10:34
“载人月球探测工程登月阶段任务经中央政府批准启动实施,总体目标是2030年前实现中国人登陆月球,目前各系统正按计划开展研制建设。神舟十七号航天员乘组在与神舟十八号航天员乘组完成在轨轮换后,计划于4月30日返回东风着陆场。
2024-04-25 10:32
国家卫健委24日发布的数据显示,2023年,我国居民健康素养水平达到29.7%,比2022年提高1.92个百分点,继续呈现稳步提升态势。 据了解,本次监测覆盖31个省(自治区、直辖市)的336个县(区)1008个乡镇(街道),对象为15岁至69岁的常住人口,共得到有效调查问卷73340份。
2024-04-25 10:30
中央气象台预计,24日夜间至26日白天,江南、华南等地雨势将再度加强,其中广东中部和西北部、广西东北部等地有大暴雨,局地伴有雷暴大风等强对流天气。
2024-04-25 10:28
日前,中国纤维质量监测中心发布2023年度新疆棉花生产加工过程质量状况监测结果。
2024-04-24 10:33
1998年,聂海胜成为我国首批航天员,先后执行过神舟六号、神舟十号、神舟十二号3次载人飞行任务。
2024-04-24 10:17
在北京航天飞行控制中心的统一调度下,酒泉卫星发射中心、西安卫星测控中心以及任务各测控站点实施联调联控,全面模拟发射准备、发射以及飞行过程中的各种技术状态和工作过程。
2024-04-24 10:16
1996年,我从技校毕业后,来到金川公司工作。当时总听师傅们讲,贵金属冶炼技术难以突破。提高我国铂族贵金属提炼的技术水平,对于守护国家安全极为必要。
2024-04-24 10:14
截至2023年底,我国大陆在运核电机组55台,总装机容量为57吉瓦,核准及在建核电机组36台,总装机容量为44吉瓦;全年核电发电量44万吉瓦时,占全国累计发电量近5%,相当于节约标煤1.3亿吨,减排二氧化碳3.5亿吨。
2024-04-24 10:05
截至2022年末,我国电动自行车社会保有量已达3.5亿辆。2023年,全国规模以上企业累计生产电动自行车4228万辆。
2024-04-23 04:00
加载更多