Nat Genetics：華南農大，中科院聯(lián)合發(fā)現新基因
【字體： 大中小 】 www.ebiotrade.com時(shí)間：2012年6月26日來(lái)源：生物通
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來(lái)自中科院遺傳與發(fā)育研究所，華南農業(yè)大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“Control of grain size, shape and quality by OsSPL16 in rice”的文章，發(fā)現了一個(gè)可以同時(shí)影響水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量的基因，將它應用到新品種水稻的培育中，有望讓水稻變得好吃又高產(chǎn)。這一研究成果公布在Nature Genetics雜志上。
生物通報道：來(lái)自中科院遺傳與發(fā)育研究所，華南農業(yè)大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“Control of grain size, shape and quality by OsSPL16 in rice”的文章，發(fā)現了一個(gè)可以同時(shí)影響水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量的基因，將它應用到新品種水稻的培育中，有望讓水稻變得好吃又高產(chǎn)。這一研究成果公布在Nature Genetics雜志上。
文章的通訊作者為遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東研究員，以及華南農業(yè)大學(xué)張桂權教授，第一作者為華南農業(yè)大學(xué)王少奎博士，其他研究人員包括中國水稻研究所錢(qián)前研究員，曾瑞珍和林小燕等。
隨著(zhù)人民生活水平的不斷提高，在解決溫飽問(wèn)題的基礎上，如何提升稻米品質(zhì)是當前水稻育種迫切需要解決的任務(wù)。然而，高產(chǎn)水稻一般品質(zhì)較差，而品質(zhì)好的水稻品種往往產(chǎn)量較低，選育既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)的品種是當前常規育種技術(shù)面臨的大難題。
在這篇文章中，研究人員經(jīng)過(guò)十多年努力，從巴基斯坦優(yōu)質(zhì)水稻Basmati品種中成功克隆了一個(gè)可幫助稻米品質(zhì)提升和增產(chǎn)的關(guān)鍵基因GW8。在Basmati水稻中，GW8基因啟動(dòng)子產(chǎn)生變異，導致基因表達下降，可使籽粒變得更為細長(cháng)，還會(huì )影響淀粉粒排列結構和堊白度等方面，提高稻米在外觀(guān)、口感等多方面的品質(zhì)。而我國大面積種植的高產(chǎn)水稻中也含有這個(gè)基因，所不同的是這些高產(chǎn)水稻中含有的是GW8基因的另一個(gè)變異類(lèi)型，它能促進(jìn)細胞分裂和增加稻米粒重，使得水稻更為高產(chǎn)。
研究還發(fā)現，來(lái)自伊朗水稻品種中的一個(gè)新的GW8基因突變類(lèi)型可以把GW8基因的優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)這兩個(gè)優(yōu)異性狀結合起來(lái)，它可以同時(shí)提高水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量：這個(gè)新等位變異位點(diǎn)導入Basmati水稻品種后，在保證優(yōu)質(zhì)的基礎上可使其產(chǎn)量增加14%；將它導入我國高產(chǎn)水稻品種后，在保證產(chǎn)量不減的基礎上可極顯著(zhù)提升稻米品質(zhì)。水稻GW8基因的克隆為雜交稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)分子育種直接提供了有重要應用價(jià)值的新基因，也為揭示水稻品質(zhì)和產(chǎn)量協(xié)同提升的分子奧秘提供了新線(xiàn)索。
這項研究是王少奎博士論文《水稻粒寬基因GW8的圖位克隆及功能分析》的主要內容，據報道，張桂權教授的研究團隊十多年來(lái)一直從事水稻分子設計育種的研究，構建了世界上規模最大的水稻單片段代換系文庫，并建立了基于單片段代換系文庫的水稻分子設計育種的技術(shù)體系。GW8基因的圖位克隆及功能分析就是利用該文庫為主要研究材料完成的。與此同時(shí)，GW8基因已用于水稻的分子設計育種，該團隊2009年育成并通過(guò)廣東省品種審定的水稻新品種“華標1號”就是利用GW8在內的優(yōu)良基因設計育成的。GW8基因的克隆為進(jìn)一步利用GW8基因開(kāi)展水稻的分子設計育種奠定了扎實(shí)的基礎。
（生物通：萬(wàn)紋）
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原文摘要：
Control of grain size, shape and quality by OsSPL16 in rice
Grain size and shape are important components of grain yield and quality and have been under selection since cereals were first domesticated. Here, we show that a quantitative trait locus GW8 is synonymous with OsSPL16, which encodes a protein that is a positive regulator of cell proliferation. Higher expression of this gene promotes cell division and grain filling, with positive consequences for grain width and yield in rice. Conversely, a loss-of-function mutation in Basmati rice is associated with the formation of a more slender grain and better quality of appearance. The correlation between grain size and allelic variation at the GW8 locus suggests that mutations within the promoter region were likely selected in rice breeding programs. We also show that a marker-assisted strategy targeted at elite alleles of GS3 and OsSPL16 underlying grain size and shape can be effectively used to simultaneously improve grain quality and yield.
作者簡(jiǎn)介：
張桂權
華南農業(yè)大學(xué)農學(xué)院院長(cháng)，博士。長(cháng)期從事作物遺傳育種專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和科研，專(zhuān)長(cháng)于水稻遺傳育種和生物技術(shù)。主要從事水稻雜種不育性的遺傳基礎研究和秈粳亞種間育種、水稻的基因組學(xué)和分子標記輔助育種研究?！熬盼濉币詠?lái)主持參加了多個(gè)“863”、“973”等國家級重大科研主體研究計劃，并承擔了部、省級的科研課題多項。
傅向東，男，博士，研究員，博士生導師
1991年獲武漢大學(xué)生物系學(xué)士學(xué)位，1994年獲中國科學(xué)院武漢植物所碩士學(xué)位。1996-1997年在英國John Innes Centre應用遺傳系做訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者。1998-2000年在英國John Innes Centre作物遺傳系，獲浙江大學(xué)和John Innes Centre聯(lián)合培養博士。2001-2005年在John Innes Centre細胞與發(fā)育生物學(xué)系做博士后。2005年入選中國科學(xué)院"百人計劃"，獲2005年度國家杰出青年科學(xué)基金資助。
研究方向：植物激素調控植物生長(cháng)發(fā)育的分子機理。主要以水稻和擬南芥為材料，解析赤霉素信號轉導途徑及其調控植物生長(cháng)發(fā)育和開(kāi)花的分子機制，研究水稻穗發(fā)育和穗型形成的分子調控網(wǎng)絡(luò )，利用分子設計培育水稻高產(chǎn)新品種。
具體研究?jì)热莅ǎ?br>
1， 赤霉素作用的分子機理與信號轉導
以擬南芥來(lái)研究赤霉素信號轉導途徑及其調控植物形態(tài)建成和開(kāi)花的分子機制。赤霉素信號轉導途徑的關(guān)鍵元件－DELLA蛋白（GRAS家族蛋白）阻遏植物生長(cháng)發(fā)育，赤霉素促進(jìn)植物生長(cháng)是通過(guò)26S Proteasome蛋白質(zhì)降解途徑特異性降解DELLA蛋白, 從而實(shí)現去阻遏。利用遺傳篩選、蛋白互作以及基因芯片等分析手段，分離并鑒定赤霉素信號傳遞途徑的新成員，通過(guò)分子遺傳、細胞生物學(xué)和生物化學(xué)等手段來(lái)研究這些基因的功能，使我們進(jìn)一步了解赤霉素作用的分子機理。水稻 "綠色革命"基因（sd1）是赤霉素生物合成途徑的一個(gè)關(guān)鍵酶, 小麥"綠色革命"基因（Rht1）是赤霉素信號轉導途徑的DELLA蛋白本生。利用擬南芥對赤霉素調控植物生長(cháng)發(fā)育的研究，目的在于認識分子機理的基礎上，建立水稻小麥等農作物遺傳改良的分子設計育種新體系。
2， 水稻穗發(fā)育和穗型形成的分子調控
水稻高產(chǎn)穩產(chǎn)歷來(lái)是育種追求的最終目標之一，然而水稻產(chǎn)量由分蘗數、穗粒數、粒重等多種農藝性狀決定，是多個(gè)基因和環(huán)境協(xié)同控制的復雜數量性狀， 尤其水稻穗部對產(chǎn)量形成影響很大。水稻穗發(fā)育和穗型形成涉及到水稻SAM活性、側生器官的形成及其生長(cháng)發(fā)育調控等十分復雜的生物學(xué)基本問(wèn)題。通過(guò)QTL遺傳分析和系列穗型突變體，鑒定和克隆影響穗發(fā)育和穗型的基因。重點(diǎn)闡明花器官形成、枝梗發(fā)育和穗粒數數目決定的關(guān)鍵調控基因及其信號轉導途徑，闡明水稻穗型和產(chǎn)量形成的分子調控網(wǎng)絡(luò )。
3， 植物激素和環(huán)境應答的互作與根系形態(tài)建成
植物生長(cháng)發(fā)育受內源激素、生長(cháng)環(huán)境和營(yíng)養的影響。三者互作共同調控植物的生長(cháng)發(fā)育、形態(tài)建成及開(kāi)花等過(guò)程，但對植物發(fā)育和環(huán)境適應的互作機理的認識還非常有限。我們實(shí)驗室以擬南芥根系發(fā)育為研究對象，分離與鑒定根生長(cháng)發(fā)育和環(huán)境（如：鹽和低磷脅迫）應答的突變體，克隆并研究其基因功能。重點(diǎn)研究不同激素間的互作對植物根生長(cháng)發(fā)育的調控，以及受（或對）環(huán)境應答的影響，闡明植物根系發(fā)育適應環(huán)境過(guò)程中激素和環(huán)境互作的分子機理。
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