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)控的分子機理仍不清楚。水稻育種家們利用籽粒大小的自然變異對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)進行改良，但只有少數(shù)幾個粒形調(diào)控基因的等位變異能被廣泛利用。針對這一問題，本項目研究團隊克隆了一個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)。

　　在這項研究中，研究團隊在前期利用“兩優(yōu)培九”的重組自交系進行了基因組重測序，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)上采用超級雜交稻親本培矮64s與93-11的大規(guī)模BC4F2群體，精細定位和圖位克隆了一個新的控制稻谷粒寬和粒重的主效QTL——TGW2。TGW2基因編碼細胞數(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)錄表達水平顯著高于9311等位型，穎殼細胞數(shù)目顯著減少。研究團隊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)合啟動子熒光素酶活性實驗，確定了基因啟動子區(qū)內(nèi)引起表達差異的關(guān)鍵位點。并通過過表達和基因敲除實驗驗證了TGW2基因的功能，闡明TGW2蛋白與調(diào)控細胞周期的KRP1蛋白存在互作，可以負向調(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

　　對具有廣泛代表性的水稻種質(zhì)資源的序列進行分析發(fā)現(xiàn)，TGW2基因啟動子區(qū)內(nèi)關(guān)鍵位點為培矮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。進一步對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，可加快在超級稻育種中的應(yīng)用。

　　圖2.  TGW2基因的等位型地理分布和進化分析

　　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