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

  • 小满将至农事忙

  • 我国成功发射中星3B卫星

独家策划

推荐阅读
(解读人:王挺,系中国科普作家协会副理事长、中国科学技术大学研究员,本文原载于《科普时报》)
2025-05-21 17:56
基于全基因组SNP的种群基因组学研究揭示,全球雪豹可划分为两大遗传支系:北部支系和南部支系。基因组水平评估发现,相比雪豹南部支系,北部支系的基因组杂合度和种群遗传多样性较低,这些特征与其演化历史及较小的有效种群大小相吻合。
2025-05-21 09:38
我国的甘肃皋兰什川古梨园系统、浙江德清淡水珍珠复合养殖系统、福建福鼎白茶文化系统三项遗产系统顺利通过专家评审,正式被联合国粮农组织认定为全球重要农业文化遗产。
2025-05-21 09:43
科学家发现,在线辩论中,GPT-4一类的大语言模型(LLM)如能根据对手的个性化信息调整论据,其说服力将比人类高64.4%。瑞士洛桑联邦理工学院的Francesco Salvi和同事分别将900名美国人与另一个人或GPT-4配对,使双方辩论各种社会政治议题。
2025-05-21 09:40
近日,清华大学李菂团队联合意大利、澳大利亚、德国等多国天文学家,综合“中国天眼”FAST和南非MeerKAT阵列望远镜的优势,对银河系球状星团进行了高精度的脉冲星偏振普查。
2025-05-21 09:37
人形机器人最大的优势在于其外形特点,可以在很多工作空间实现与人类相似的工作效能,并能显著提升工作效率。
2025-05-21 09:36
研究团队综合了多种来源的观测和模拟证据,揭示了极地关键气候要素的变化特征。结果显示,北极气温以每十年0.68摄氏度的速率升高,远高于全球平均水平,南极和青藏高原也呈现出明显增温趋势。
2025-05-21 09:35
生长素是第一个被发现的植物激素,几乎参与了植物生长发育调控的每个过程。
2025-05-21 09:33
科研人员近日首次公布在我国空间站发现一个微生物新物种,并将其命名为“天宫尼尔菌”,相关科研成果在线发表于国际权威期刊上。
2025-05-20 10:24
一项研究首次揭示了肺活量从童年到老年的演变过程。
2025-05-20 10:21
津潍高铁是我国“八纵八横”高铁网京沪通道和沿海通道的重要组成部分。
2025-05-20 10:20
北京大学讲席教授杨荣贵与其在华中科技大学能源与动力工程学院的团队,制备出一种可大规模生产的多级有序穿孔结构铜网,其散热能力优于已报道方案。
2025-05-20 10:19
按照经典理论,有丝分裂或减数分裂后,每个子细胞核应当至少获得一套完整的单倍体染色体,以确保细胞正常发育和功能发挥。然而,最新研究却发现,在某些特定真菌中,
2025-05-20 03:55
最新气候数据显示,全球气温仍然极高,2025年将与2024年一道成为有记录以来最热的一年。
2025-05-19 10:49
5月17日,江西省首颗自主发射的生态环境监测卫星“南昌航空一号”,在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射入轨。
2025-05-19 10:47
航天科技看似遥远,其实与我们的生活息息相关,“高高在上”的航天实验,正在引导一场由科技创新驱动的产业变革,重塑着我们的生活方式。
2025-05-19 10:46
为提升各种场景下荧光成像性能,北京大学席鹏团队和深圳大学屈军乐团队合作,通过计算机视觉与荧光显微的融合,提出了一种暗通道光学层切算法使显微成像性能得到大幅提升。
2025-05-19 10:42
《2025中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》18日在北京发布,卫星导航专利申请总量累计突破12.9万件,继续保持全球领先。
2025-05-19 10:07
AG600“鲲龙”批生产首架机(1101)18日在广东珠海成功完成生产试飞,标志着AG600飞机通过取得生产许可证(PC)的关键环节,实物状态满足PC构型要求。
2025-05-19 10:05
去年3月,他和团队在人类历史上第一次为引力子“画像”,那篇发表在国际权威学术期刊《自然》上的论文,就在这里诞生。
2025-05-16 10:55
加载更多