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宋献军研究组发现一个新的水稻谷粒大小调控开关

图. 水稻超大粒材料JZ1560和小粒品种黄华占HHZ的谷粒表型。 

       水稻是中国三大主粮之一。谷粒大小和形状(粒型)决定稻米的产量和外观品质。近十多年来,在探索水稻粒型调控机理方面的研究取得了较大的进展,许多重要粒型基因被克隆和研究。然而,由于目前找到的粒型基因呈现出参与途径的多样性和片断化,人们对其分子调控机理和信号转导途径的认识仍有限。

       宋献军研究组与中国水稻所庄杰云研究组合作,在分离水稻粒型新位点的研究中取得了新进展。借助现代高通量SLAF测序技术,鉴定到超过40个粒型和产量QTL位点。在此基础上,成功定位并克隆了一个控制谷粒长度和产量的重要基因TGW3,该基因编码一个类似于GSK3/SHAGGY的激酶。研究发现,TGW3是个谷粒大小的负向调节因子,通过增加颖壳细胞大小、减少细胞数目,从而使颖壳变长,谷粒变大、变重。进一步的研究发现,TGW3的大粒等位基因的第三内含子核苷酸碱基发生转变,从而改变其mRNA的剪切方式,导致其第三和第四外显子的丢失,其编码蛋白丧失形成二聚体的功能。该研究深入揭示了水稻超大粒的遗传构成,并找到一个新的谷粒大小调控开关,为深入研究作物粒型调控的分子机制和遗传调控网络提供了新的切入点。
      通过水稻种质资源序列测定分析,找到了其他两个具有长粒表型的遗传材料,其编码序列与本研究中的大粒亲本相同,再次暗示了该基因位点的稀缺性;研究还发现,TGW3位点在水稻驯化过程中,并没有受到人工的选择。将其大粒等位基因TGW3JZ导入主栽品种黄华占,可以提高水稻产量10%以上,暗示该位点在水稻高产育种中具有较好的利用潜力。
  该研究成果于2018年3月20日在线发表于Molecular Plant (DOI: https://doi.org/10.1016/j.molp.2018.03.007)。中国水稻所的应杰政副研究员,宋献军组的博士研究生马铭、硕士研究生白琛为文章的共同第一作者,宋献军研究员为通讯作者。本项目得到中科院“分子模块设计育种创新体系先导科技专项”和国家自然基金委项目资助。
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