近日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所童紅寧團隊聯(lián)合福建省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所，破譯了國際關注近百年的水稻種質(zhì)資源——“復粒稻”形成的遺傳基礎，揭示了植物激素油菜素內(nèi)酯（BR）調(diào)控水稻穗粒數(shù)的機制，為培育高產(chǎn)水稻新品種提供了理論基礎和新路徑。相關研究成果發(fā)表在國際期刊《科學》上。

什么是“復粒稻”？中國農(nóng)科院作物科學研究所研究員童紅寧解釋，復粒稻是一種獨特的水稻種質(zhì)資源，與普通水稻穗子上種子粒粒分明不同，它結(jié)出的種子可以三粒長在一簇上，因此又被稱為“三粒奇”，但這“三粒一簇”特性的機制一直未被破解。

水稻是我國主要糧食作物，也是全球超過一半人口的主糧，隨著全球人口的增長和人均耕地面積的不斷減少，提高水稻單產(chǎn)對保障全球糧食安全具有重要意義。水稻單產(chǎn)的突破很大程度上依賴于種質(zhì)資源中重大基因的發(fā)掘利用。

一般來說，水稻畝均產(chǎn)量有三個關鍵因素：畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重?！爱€穗數(shù)主要是由水稻的分蘗數(shù)決定、有效穗數(shù)決定，可以通過密植提高畝穗數(shù)，但是穗粒數(shù)和粒重很難通過栽培方式提升，因此解析這兩個性狀的遺傳機制十分重要。而復粒稻的一個顯著特征即多粒簇生，也就是說穗粒數(shù)可能會多，一旦解析其遺傳機制將有望提高水稻單產(chǎn)?！蓖t寧解釋。

因此，自20世紀30年代起，國際遺傳學界就開始關注復粒稻“三粒一簇”現(xiàn)象，但始終未能從基因?qū)用娓酒平馄錂C理。童紅寧團隊長期從事植物激素調(diào)節(jié)水稻生長發(fā)育的研究，在此項研究中，該團隊通過創(chuàng)制大量復粒稻的衍生突變體，最終發(fā)現(xiàn)并克隆了控制復粒稻“三粒一簇”現(xiàn)象的關鍵基因BRD3。該基因編碼的蛋白質(zhì)可以降解一種被稱為“油菜素甾醇”的激素。實驗證明，正是在BRD3的作用下，“油菜素甾醇”這種激素的含量降低，導致復粒稻稻穗的二級枝梗增多，使得“三粒一簇”現(xiàn)象出現(xiàn)。通過進一步研究，團隊明確了“油菜素甾醇”的作用機理，并發(fā)現(xiàn)復粒稻中由于激素被精準調(diào)控，穗粒數(shù)得以增加，但沒有其他常見的激素負面影響，如粒重就不受影響。

“該研究發(fā)現(xiàn)組織特異性地抑制BR含量可以只增加穗粒數(shù)，而不影響粒重和品質(zhì)，一定程度上破解了兩者之間的負相關平衡關系，是一種極有潛力的分子設計策略。”中國科學院院士李家洋認為，這個策略對于其他激素而言也具有參考意義，未來應在作物中進一步加強植物激素空間分布調(diào)控的相關基礎研究，為理解多性狀的相互關聯(lián)與平衡機制，進而開展多性狀的協(xié)同改良奠定基礎，最終實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)并保障糧食安全。

中國科學院院士林鴻宣評價稱，這項工作也說明從種質(zhì)資源中挖掘基因資源是突破當前作物產(chǎn)量瓶頸的有效途徑，應給予高度重視。