復(fù)粒稻是一種獨(dú)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(jī)制一直未被破解。近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所童紅寧團(tuán)隊(duì)聯(lián)合福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，從基因?qū)用娼沂玖藦?fù)粒稻“三粒一簇”的遺傳機(jī)制，為培育高產(chǎn)水稻新品種提供了理論基礎(chǔ)和新途徑。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間3月8日發(fā)表在國際期刊《科學(xué)》上。

中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員童紅寧介紹，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。單產(chǎn)的突破很大程度上依賴于水稻種質(zhì)資源中重大基因的發(fā)掘利用。其中，提高每畝水稻的穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重是關(guān)鍵。因此，自20世紀(jì)30年代起，國際遺傳學(xué)界就開始關(guān)注復(fù)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(jī)理。

童紅寧團(tuán)隊(duì)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(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)制大量復(fù)粒稻的衍生突變體，最終發(fā)現(xiàn)并克隆了控制復(fù)粒稻“三粒一簇”現(xiàn)象的關(guān)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)致復(fù)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(jìn)一步研究，團(tuán)隊(duì)明確了“油菜素甾醇”的作用機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)復(fù)粒稻中由于激素被精準(zhǔn)調(diào)控，穗粒數(shù)得以增加，但沒有其他常見的激素負(fù)面影響，如粒重就不受影響。

中國科學(xué)院院士李家洋評價(jià)，一般來說，水稻穗粒數(shù)越多，粒重就越小，二者常常呈負(fù)相關(guān)，此項(xiàng)研究成果在一定程度上破解了兩者之間的負(fù)相關(guān)平衡關(guān)系，是一種極有潛力的分子設(shè)計(jì)育種策略。（楊舒）