近日，中國農業科學院作物科學研究所童紅寧團隊聯合福建省農業科學院水稻研究所、中國科學院遺傳與發育生物學研究所，破譯了國際關注近百年的水稻種質資源——“復粒稻”形成的遺傳基礎，揭示了植物激素油菜素內酯（BR）調控水稻穗粒數的機制，為培育高產水稻新品種提供了理論基礎和新路徑。相關研究成果發表在國際期刊《科學》上。
什么是“復粒稻”？中國農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資源，與普通水稻穗子上種子粒粒分明不同，它結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，提高水稻單產對保障全球糧食安全具有重要意義。水稻單產的突破很大程度上依賴于種質資源中重大基因的發掘利用。
一般來說，水稻畝均產量有三個關鍵因素：畝穗數、穗粒數和粒重。“畝穗數主要是由水稻的分蘗數決定、有效穗數決定，可以通過密植提高畝穗數，但是穗粒數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，也就是說穗粒數可能會多，一旦解析其遺傳機制將有望提高水稻單產。”童紅寧解釋。
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”現象，但始終未能從基因層面根本破解其機理。童紅寧團隊長期從事植物激素調節水稻生長發育的研究，在此項研究中，該團隊通過創制大量復粒稻的衍生突變體，最終發現并克隆了控制復粒稻“三粒一簇”現象的關鍵基因BRD3。該基因編碼的蛋白質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”現象出現。通過進一步研究，團隊明確了“油菜素甾醇”的作用機理，并發現復粒稻中由于激素被精準調控，穗粒數得以增加，但沒有其他常見的激素負面影響，如粒重就不受影響。
“該研究發現組織特異性地抑制BR含量可以只增加穗粒數，而不影響粒重和品質，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控的相關基礎研究，為理解多性狀的相互關聯與平衡機制，進而開展多性狀的協同改良奠定基礎，最終實現高產穩產并保障糧食安全。
中國科學院院士林鴻宣評價稱，這項工作也說明從種質資源中挖掘基因資源是突破當前作物產量瓶頸的有效途徑，應給予高度重視。
