偶看新闻说谎的男孩与坏掉的女:水稻产量相关功能基因研究取得重大进展
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/30 13:35:54
水稻产量相关功能基因研究取得重大进展
发布时间：2007-4-9
中科院上海生科院植物生理生态所、植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究员领导的研究组，在水稻产量相关功能基因研究上取得突破性进展，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因ＧＷ２，并深入阐明了相关的生物学功能和作用机理，显示这一基因在高产分子育种中具有应用前景。相关论文已于４月８日在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然·遗传学》（《Nature Genetics》）。
遗传改良或基因工程是提高作物产量的有效手段之一。寻找与高产相关的功能基因对水稻高产育种具有重要的理论意义和应用价值。粒重是决定水稻产量的要素之一，它是由多个基因控制的复杂数量性状，相关分子遗传调控机理还不清楚。
林鸿宣研究员指导博士生宋献军和黄巍等经过多年的潜心研究，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因ＧＷ２。大量翔实的实验结果表明，ＧＷ２作为一个新的Ｅ３泛素连接酶，可能参与了降解促进细胞分裂的蛋白，从而调控水稻谷壳大小、控制粒重以及产量；当ＧＷ２的功能缺失或降低时，基因降解可能与细胞分裂相关蛋白的能力下降，从而加快细胞分裂，增加谷粒谷壳的细胞数目，进而显著增加水稻谷粒的宽度、加快籽粒灌浆速度、增加粒重以及产量。
研究人员通过分子标记选择方法将大粒品种的ＧＷ２基因导入小粒品种中培育成新株系，分别收获了种于大田的２５株。测定每株的产量，与小粒品种相比，新株系虽然每穗粒数有所减少，但由于粒重的明显增加，最终引起单株产量显著增加，显示这个基因在高产育种中具有利用价值。增产效果有待于进一步的小区试验考察和验证。研究成果为作物高产育种提供了具有自主知识产权和重要应用前景的新基因；为阐明作物产量和种子发育的分子遗传调控机理提出了新见解。
《自然·遗传学》杂志三位评审人对这项研究一致给予高度评价： “我们现在可以通过控制ＧＷ２的功能得到合适大小的水稻谷粒，在这一点上我相信这是一项在水稻产量育种史上有重要意义的工作”“有关该基因定位克隆、序列分析和转基因表型鉴定以及Ｅ３泛素连接酶的功能实验是令人信服的”“这是一篇将引起遗传工作者极大兴趣的力作，该论文通过大量而深入的实验包括基因定位克隆、基因结构分析、功能和表型鉴定等证明该基因控制水稻谷粒大小，为作物种子的遗传调控机理研究提出了有价值的见解。”
中科院上海生科院植物生理生态所、植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究员领导的研究组，在水稻产量相关功能基因研究上取得突破性进展，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因GW2，并深入阐明了该基因的生物学功能和作用机理，显示该基因在高产分子育种中具有应用前景。相关论文已于4月8日在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然-遗传学》（Nature Genetics）。这是该研究组继克隆水稻耐盐功能基因SKC1之后，两年内第二次问鼎该杂志。
我国人口不断增加，可耕土地逐渐减少，粮食安全成为一个突出问题，提高水稻等主要粮食作物的单位面积产量是解决这一问题的重要途径，遗传改良或基因工程是提高作物产量的最有效手段之一。寻找与高产相关的功能基因对水稻高产育种具有重要的理论意义和应用价值。粒重是决定水稻产量的要素之一，它是由多个基因控制的复杂数量性状，其分子遗传调控机理还不清楚。
林鸿宣研究员指导博士生宋献军和黄巍等经过多年的潜心研究，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因GW2。翔实的实验结果表明，GW2作为一个新的E3泛素连接酶可能参与降解促进细胞分裂的蛋白，从而调控水稻颖壳大小、控制粒重以及产量；当GW2的功能缺失或降低时，该基因降解可能与细胞分裂相关蛋白的能力下降，从而加快细胞分裂，增加谷粒颖壳的细胞数目，进而显著增加水稻谷粒的宽度、加快籽粒灌浆速度、增加粒重以及产量。通过分子标记选择方法将大粒品种的GW2基因导入小粒品种中培育成新株系。与小粒品种相比，该新株系虽然每穗粒数有所减少，但由于粒重的明显增加，单株产量依然显著增加，显示该基因在高产育种中具有利用价值。然而其在小区（多个小区）试验中的增产效果依然有待于进一步考察和验证。该研究成果为作物高产育种提供了具有自主知识产权和重要应用前景的新基因，为阐明作物产量和种子发育的分子遗传调控机理提出了新见解。
《自然-遗传学》杂志三位评审人对该项研究一致给予高度评价：“我们现在可以通过控制GW2的功能得到合适大小的水稻谷粒，在这一点上我相信这是一项在水稻产量育种史上有重要意义的工作”；“有关该基因定位克隆、序列分析和转基因表型鉴定以及E3泛素连接酶的功能实验是令人信服的”；“这是一篇将引起遗传工作者极大兴趣的力作，该论文通过大量而深入的实验包括基因定位克隆、基因结构分析、功能和表型鉴定等证明该基因控制水稻谷粒大小，为作物种子的遗传调控机理研究提出了有价值的见解”。
该研究得到国家科技部“十一五”863项目和上海市科学技术委员会等的资助。
要在水稻约4万个基因中，找到有助于解决粮食问题的基因，可谓“大海捞针”。目前，全球科学家只克隆出上百个水稻功能基因，而它们并不都有直接利用价值。其中，“粒重基因”作为决定水稻产量的要素之一，正成为国际研究热点，科学家们已瞄准几个有关基因。而此次我国科学家找到的基因，不仅属新发现，还明确了其分子遗传调控机理。
野生稻种的稻粒都很小，既保证了其种子数量，又便于传播，但这种“本性”并非人类所愿。多年来，植生所“植物分子遗传国家重点实验室”林鸿宣研究员及其博士生宋献军、黄巍等，通过加入分子标记进行跟踪、定位，从多个控制水稻粒重的基因中，发现GW2为“主效基因”。该基因能加快谷粒颖壳的细胞分裂，增加细胞数目，使颖壳这一“容器”变大，从而显著加快灌浆速度，增加谷粒宽度、粒重及产量。
通过分子标记辅助育种方法，科研人员将大粒品种的GW2基因导入小粒品种，培育成新株系，并与小粒品种进行比较试验。结果表明，新株系每穗的粒数虽减少了29.9％，但粒重增加了49.8％，因此单株产量仍增加近两成。从外观上看，大粒的粒径变得更宽，体积是小粒的1.5倍左右。专家表示，下一步在小区试验田中的较大面积播种，才能验证其亩产提高幅度有多少。
这种“大号米”怎样走上餐桌？研究人员介绍，利用已有的自然变异型大粒品种，与其它优质稻种杂交，并用这把“基因钥匙”进行人工选育，经过约七八代后，“大粒”性状就会自然而然保留，结出大小合适的谷粒。由于不再需要做“基因手术”，也就不属于“转基因”食品。
据悉，这是林鸿宣的研究组继克隆水稻耐盐功能基因SKC1之后，两年内第二次登上《自然·遗传学》。3位国际评审人对这项研究一致给予高度评价，称“这是一项在水稻产量育种史上有重要意义的工作”。
克隆一种控制水稻谷粒重量的基因，把它导入水稻新株系，其粒重明显增加，单株产量显著提高。昨天，记者从中科院上海生科院植物生理生态所了解到,有关这一成果的相关论文已在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然-遗传学》（Nature Genetics）上。它标志着我国水稻产量相关功能基因研究取得了重大进展。
据介绍，粒重是决定水稻产量的一大要素，破解它的“基因密码”成了科研人员的攻关课题。
中科院上海植生所研究员林鸿宣领导的研究组，经过多年研究，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因——GW2。翔实的实验数据表明，GW2作为一个新的E3泛素连接酶，可能参与降解促进细胞分裂的蛋白，从而调控水稻颖壳大小、控制粒重以及产量。与小粒品种相比，该新株系虽然每穗的粒数有所减少，但由于粒重增加了49.8%，单株产量仍增加近两成。这显示出，该基因在高产育种中具有利用价值。
《自然-遗传学》杂志评审人对该项研究的评价是：“我们可以通过控制GW2的功能得到合适大小的水稻谷粒，我相信这是一项在水稻产量育种史上有重要意义的工作。”据悉，该研究得到了科技部“十一五”863项目和上海市科委的资助
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