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水稻半矮稈性狀與抗倒伏育種研究獲進展

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摘要:中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所李來庚研究組與湖南亞華種業科學研究院楊遠柱團隊合作,發現了一個新的特異調控水稻莖稈基部節長度的基因,該基因在培育水稻半矮稈性狀,提高抗倒伏能力,增加大面積水稻產量方面顯示了重要的應用價值。倒伏是水稻高產穩產的主要限制因素之一。自20世紀60年代以來,以作物矮化育種為標志的“綠色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突變體,培育半矮稈性狀,提

水稻半矮稈性狀與抗倒伏育種研究獲進展

 

中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所李來庚研究組與湖南亞華種業科學研究院楊遠柱團隊合作,發現了一個新的特異調控水稻莖稈基部節長度的基因,該基因在培育水稻半矮稈性狀,提高抗倒伏能力,增加大面積水稻產量方面顯示了重要的應用價值。

倒伏是水稻高產穩產的主要限制因素之一。自20世紀60年代以來,以作物矮化育種為標志的“綠色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突變體,培育半矮稈性狀,提高作物(水稻)的抗倒伏能力,使水稻產量得到了大面積的顯著增加。相關研究雖已在水稻中發現了超過60個基因可以導致半矮稈性狀,但這些基因除影響莖稈長度外還影響其它農藝性狀,難以應用于培育抗倒伏品種。目前,SD1的突變仍然是培育水稻半矮稈性狀的主要基因。由于可用基因的單一性,抗倒伏性狀的分子育種受到了較大限制。

SV14S是一個在水稻育種上被廣泛應用的溫敏不育系,它的莖稈基部節間顯著縮短,顯示良好的抗倒伏能力。李來庚研究組通過遺傳分析發現,該莖稈基部節間縮短是由單一基因控制的半顯性遺傳性狀,并將該基因命名為Shornted Basal Internodes(SBI)。結合圖位克隆和基因組技術,研究發現SBI編碼一個尚未報道的GA2氧化酶,在莖稈基部節間高表達。酶功能分析證明,SBI編碼的GA2氧化酶可以將活性赤霉素轉化為非活性赤霉素化合物。水稻中SBI存在兩個等位變異基因型,導致SBI酶催化活性顯著不同。高活性的SBI位點使得水稻莖稈基部節中活性赤霉素含量顯著降低,從而抑制基部節間的伸長。體內和體外研究結果證明,位于SBI蛋白序列保守區域的第338位氨基酸的差異是影響SBI酶活性的關鍵位點。通過對大量水稻品種基因分析發現,該位點的變化影響水稻品種株高及莖稈基部節間長度。同時,基因演化分析表明SBI等位基因之間的差異很可能來自于不同祖先的野生稻群體。

研究組利用SBI等位變異培育出了一系列具有合理莖稈節長度結構、高度抗倒伏能力的水稻新品種,這些品種在大面積種植中顯示出良好的高產、穩產、廣適等特性。

相關研究成果以Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice為題發表于Molecular Plant。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部以及中科院的資助。(生物谷Bioon.com)

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