生物

突破水稻育種瓶頸

不同農藝性狀之間常常存在一種此消彼長的權衡效應（trait trade-off），如植物高產與抗病、高產與高品質、產量因素間的負相關性等。權衡效應使這些優異性狀難以兼得，也使作物育種難以突破瓶頸。水稻是最重要的主糧作物之一，其產量主要由三個核心要素決定：穗數、每穗粒數、粒重。然而，這三個性狀在水稻中通常呈負相關。IPA1（Ideal Plant Architecture 1）是我國科學家鑒定到的一個可調控水稻株型的主效基因，調控水稻多方面生長發育過程，對抗病性和環境適應性也有重要調控作用。其功能獲得基因型ipa1-1D和ipa1-2D可使穗部增大、無效分蘗減少、莖稈粗壯、根系發達，顯著提高產量，已廣泛應用于優良水稻品種的培育。然而IPA1是一個典型的多效性基因，在增大穗部的同時使分蘗數降低。也就是說，增加IPA1在水稻中的表達量可增加水稻每穗粒數，使水稻的穗子變大，但是同時會使每棵水稻長出穗子的數量（分蘗數）降低，極大地限制了它的增產潛力。如果能只提高IPA1在穗部的表達水平，使其只增大穗部，而不影響穗數，甚至增加穗數，就能進一步提高水稻的產量，讓“魚”和“熊掌”可以兼得。為突破IPA1多效性造成的穗部和分蘗的制約關系，科學家們提出使用平鋪刪除（tiling deletion）的方法改造IPA1的順式調控區，從中發掘出一個可以同時提高分蘗數和穗粒數的編輯材料IPA1-Pro10及其對應的54bp關鍵順式作用元件。這樣就可以調控其在幼穗、莖基部等各組織中的表達水平，實現不同表型的特異性調控，從而打破產量因素之間的負效應。……