中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東研究員課題組27日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表報(bào)告說，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以讓稻米品質(zhì)和產(chǎn)量“協(xié)同提高”的關(guān)鍵基因，厘清了植物細(xì)胞G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控種子大小作用的全新分子機(jī)制，應(yīng)用到新品種水稻培育中，有望讓水稻好吃又高產(chǎn)。

        “我們的‘初心’是給水稻高產(chǎn)關(guān)鍵基因dep1找個(gè)合適的‘伴侶’，沒想到一找就是８年。”傅向東幽默地說。dep1能通過增加種子數(shù)量實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，對我國高產(chǎn)水稻育種貢獻(xiàn)很大，但其品質(zhì)一般。優(yōu)質(zhì)大米一般色澤透亮、形狀細(xì)長，用專業(yè)詞匯表述就是堊白面積少，堊白粒率低，長寬比大。比如，泰國香米就很細(xì)，長寬比在3.2:1左右。

        如何給dep1找個(gè)身材苗條、皮膚透亮的“對象”，既不改變高產(chǎn)的優(yōu)良性狀，又可以降低堊白、增加長寬比，從而提高品質(zhì)？

從實(shí)驗(yàn)室到田間地頭，過去８年傅向東團(tuán)隊(duì)走了三步“棋”：

        步從長粒型美國粳稻品種L204中成功分離并克隆了一個(gè)控制水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要基因OsMADS1。這個(gè)基因的突變可以讓稻米變得更為細(xì)長，減少堊白率和堊白面積，提高稻米在外觀、口感等多方面的品質(zhì)。

        第二步進(jìn)一步篩選并鑒定出具有育種利用價(jià)值的一個(gè)優(yōu)異等位變異類型lgy3，它可以把優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)這兩個(gè)優(yōu)異性狀結(jié)合起來。揭示了G蛋白通過與OsMADS1轉(zhuǎn)錄因子相互作用來實(shí)現(xiàn)水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的協(xié)同提高的新機(jī)制。

        第三步聚合育種。研究發(fā)現(xiàn)，在我國大面積種植的高產(chǎn)水稻品種中不含這種基因的變異類型。在安徽省的三年田間試驗(yàn)顯示，將這個(gè)新的等位基因lgy3引入高產(chǎn)雜交水稻后，在顯著提升稻米品質(zhì)的基礎(chǔ)上還可使其產(chǎn)量增加7%以上。

        “這是一項(xiàng)接地氣、造福百姓的科學(xué)研究。”育種專家鈕中一說。優(yōu)異等位基因lgy3的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用有望解決水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)之間的矛盾，未來可用于“超級稻”新品種培育并推廣，讓更多稻米既好吃又高產(chǎn)，助力農(nóng)民增收致富。

        “這項(xiàng)研究為水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)分子設(shè)計(jì)育種直接提供了具有重要應(yīng)用價(jià)值的新基因。”牛津大學(xué)植物系教授尼克·哈伯德說。

        本項(xiàng)目得到國家自然基金委和中國科學(xué)院分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系先導(dǎo)科技專項(xiàng)資助。