近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所與中國水稻研究所合作研究發(fā)現(xiàn)了水稻粒形遺傳調(diào)控新機(jī)制,，研究成果在線發(fā)表于權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《New Phytologist》,。

　　目前，雖然已克隆了一些控制水稻籽粒大小的重要基因/QTL,，但水稻粒形和粒重調(diào)控的分子機(jī)理仍不清楚,。水稻育種家們利用籽粒大小的自然變異對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行改良，但只有少數(shù)幾個(gè)粒形調(diào)控基因的等位變異能被廣泛利用,。針對(duì)這一問題,，本項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)克隆了一個(gè)新的控制水稻粒寬和粒重的QTL/基因并開展了功能分析，為闡明水稻粒形的遺傳調(diào)控機(jī)制和培育高產(chǎn)水稻的分子育種工作奠定了基礎(chǔ),。

　　在這項(xiàng)研究中,，研究團(tuán)隊(duì)在前期利用“兩優(yōu)培九”的重組自交系進(jìn)行了基因組重測序，成功構(gòu)建了一張超高分辨率的遺傳連鎖圖譜,。在此基礎(chǔ)上采用超級(jí)雜交稻親本培矮64s與93-11的大規(guī)模BC4F2群體,，精細(xì)定位和圖位克隆了一個(gè)新的控制稻谷粒寬和粒重的主效QTL——TGW2。TGW2基因編碼細(xì)胞數(shù)目調(diào)控因子OsCNR1,，培矮64s等位型基因在孕穗期穎殼中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平顯著高于9311等位型,，穎殼細(xì)胞數(shù)目顯著減少。研究團(tuán)隊(duì)利用大量不同粒形水稻品種的表型和基因序列的關(guān)聯(lián)分析結(jié)合啟動(dòng)子熒光素酶活性實(shí)驗(yàn),，確定了基因啟動(dòng)子區(qū)內(nèi)引起表達(dá)差異的關(guān)鍵位點(diǎn),。并通過過表達(dá)和基因敲除實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了TGW2基因的功能,，闡明TGW2蛋白與調(diào)控細(xì)胞周期的KRP1蛋白存在互作，可以負(fù)向調(diào)控水稻粒寬和粒重,。將93-11等位型的tgw2導(dǎo)入培矮64s背景,，產(chǎn)量可提高12.3%而不影響其他農(nóng)藝性狀（圖1）。

　　圖1. 近等基因系的表型及產(chǎn)量

　　對(duì)具有廣泛代表性的水稻種質(zhì)資源的序列進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),，TGW2基因啟動(dòng)子區(qū)內(nèi)關(guān)鍵位點(diǎn)為培矮64s等位型的多為aus稻,，推測該等位型最初出現(xiàn)在印度和/或孟加拉國，隨后傳播至鄰國,。進(jìn)一步對(duì)141份水稻品種的分析揭示該基因受到了育種馴化選擇（圖2）,。該研究不僅有利于揭示水稻乃至禾本科作物籽粒大小的遺傳調(diào)控機(jī)制，而且為水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種提供了新的基因資源,，可加快在超級(jí)稻育種中的應(yīng)用,。

　　圖2.  TGW2基因的等位型地理分布和進(jìn)化分析

　　該研究得到了深圳市科技創(chuàng)新委基金和國家自然基金等項(xiàng)目資助。中國水稻研究所博士后阮班普和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所副研究員商連光為論文并列第一作者,，中國水稻研究所高振宇研究員和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所錢前院士為共同通訊作者,。基因組所博士后張斌,、林海等研究人員也參與了部分工作,。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.16540