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    中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院中國水稻研究所超級稻種質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物研究所等單位最新合作研究發(fā)現(xiàn)，水稻染色體拷貝數(shù)變異可調(diào)控水稻的粒長和品質(zhì)，為水稻粒形的分子設(shè)計(jì)和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻新品種培育奠定了基礎(chǔ)。7月6日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-遺傳學(xué)（Nature Genetics）》在線發(fā)表了這一研究成果。
    水稻粒形是衡量稻米外觀品質(zhì)的主要指標(biāo)，同時也是影響水稻產(chǎn)量性狀的重要因素之一，因此成為重要的水稻育種農(nóng)藝性狀。我國的水稻分秈、粳兩個亞種，粳稻主要分布在北方稻區(qū)以及南方長江流域稻區(qū)的晚稻，粒形均為短圓狀；秈稻主要分布在南方稻區(qū)，中晚稻均為長粒形。近年來隨著稻米市場的開放，對優(yōu)質(zhì)米的要求不僅要求口味適合，而且要求外形美觀。因此，如何改良稻米的外觀品質(zhì)，提高稻米的商品價值，成為育種家和稻米生產(chǎn)企業(yè)的共同目標(biāo)。     與絕大多數(shù)圓粒粳稻不同的是，美國長粒粳稻米粒細(xì)長有光澤，對其粒形調(diào)控基因的克隆和功能研究有助于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻新品種的培育。研究團(tuán)隊(duì)通過精細(xì)定位將美國長粒粳稻攜帶的粒長調(diào)控基因——GL7基因位點(diǎn)定位在水稻7號染色體上一個20.4kb的區(qū)間內(nèi)（該區(qū)間包含兩個基因）。進(jìn)一步的遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)美國長粒粳稻品種中，GL7位點(diǎn)發(fā)生了17.1kb的DNA 大片段串聯(lián)重復(fù)，這一基因組結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致了GL7基因表達(dá)量的上升，同時還引起了其臨近的負(fù)調(diào)控因子表達(dá)的下調(diào)，引起粒長增加，堊白度和堊白率降低，從而顯著改善稻米外觀品質(zhì)，揭示了美國長粒粳稻粒長復(fù)雜而精確的遺傳調(diào)控機(jī)制。
    對普通粳稻與秈稻的比較研究發(fā)現(xiàn)，在粳稻中與GL7臨近的負(fù)調(diào)控因子能夠抑制GL7的表達(dá)，而在秈稻中GL7臨近的負(fù)調(diào)控因子功能喪失，對GL7表達(dá)的抑制減弱。轉(zhuǎn)基因研究結(jié)果顯示，過表達(dá)GL7基因在秈稻中出現(xiàn)了比粳稻中更為明顯的表型。將美國長粒粳稻GL7基因位點(diǎn)通過分子標(biāo)記導(dǎo)入普通水稻品種中可以顯著改善稻米外觀品質(zhì)而不影響產(chǎn)量。
    通過對96個品種的序列分析證實(shí)，GL7及其負(fù)調(diào)控因子位點(diǎn)的變異影響水稻粒形的多樣性。進(jìn)一步對GL7及其他粒形調(diào)控基因的基因型與水稻粒長的相關(guān)性分析揭示了水稻粒形調(diào)控基因間的遺傳相互作用。有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)美國長粒粳稻品種曾被引入日本，但是通過遺傳交換丟失該區(qū)域17.1kb 的串聯(lián)重復(fù)序列的品種（如關(guān)東146等）表現(xiàn)出短圓粒的表型,而我國廣東的優(yōu)質(zhì)秈稻品種（粵豐等）品質(zhì)好的重要原因是由于其同時聚合了GL7和GS3優(yōu)勢位點(diǎn)。這一結(jié)果揭示了調(diào)控水稻重要農(nóng)藝性狀的基因拷貝數(shù)變異如何在育種過程中被選擇和利用提供了重要例證。
    該研究得到科技部和國家自然科學(xué)基金委的資助。王躍星、熊國勝和胡江為共同第一作者，錢前、李家洋和朱旭東為共同通訊作者。     論文鏈接：http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.3346.html