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中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所李來庚研究組與湖南亞華種業(yè)科學(xué)研究院楊遠(yuǎn)柱團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的特異調(diào)控水稻莖稈基部節(jié)長(zhǎng)度的基因，該基因在培育水稻半矮稈性狀，提高抗倒伏能力，增加大面積水稻產(chǎn)量方面顯示了重要的應(yīng)用價(jià)值。
倒伏是水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素之一。自20世紀(jì)60年代以來，以作物矮化育種為標(biāo)志的“綠色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突變體，培育半矮稈性狀，提高作物（水稻）的抗倒伏能力，使水稻產(chǎn)量得到了大面積的顯著增加。相關(guān)研究雖已在水稻中發(fā)現(xiàn)了超過60個(gè)基因可以導(dǎo)致半矮稈性狀，但這些基因除影響莖稈長(zhǎng)度外還影響其它農(nóng)藝性狀，難以應(yīng)用于培育抗倒伏品種。目前，SD1的突變?nèi)匀皇桥嘤景氚捫誀畹闹饕?。由于可用基因的單一性，抗倒伏性狀的分子育種受到了較大限制。
SV14S是一個(gè)在水稻育種上被廣泛應(yīng)用的溫敏不育系，它的莖稈基部節(jié)間顯著縮短，顯示良好的抗倒伏能力。李來庚研究組通過遺傳分析發(fā)現(xiàn)，該莖稈基部節(jié)間縮短是由單一基因控制的半顯性遺傳性狀，并將該基因命名為Shornted Basal Internodes（SBI）。結(jié)合圖位克隆和基因組技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)SBI編碼一個(gè)尚未報(bào)道的GA2氧化酶，在莖稈基部節(jié)間高表達(dá)。酶功能分析證明，SBI編碼的GA2氧化酶可以將活性赤霉素轉(zhuǎn)化為非活性赤霉素化合物。水稻中SBI存在兩個(gè)等位變異基因型，導(dǎo)致SBI酶催化活性顯著不同。高活性的SBI位點(diǎn)使得水稻莖稈基部節(jié)中活性赤霉素含量顯著降低，從而抑制基部節(jié)間的伸長(zhǎng)。體內(nèi)和體外研究結(jié)果證明，位于SBI蛋白序列保守區(qū)域的第338位氨基酸的差異是影響SBI酶活性的關(guān)鍵位點(diǎn)。通過對(duì)大量水稻品種基因分析發(fā)現(xiàn)，該位點(diǎn)的變化影響水稻品種株高及莖稈基部節(jié)間長(zhǎng)度。同時(shí)，基因演化分析表明SBI等位基因之間的差異很可能來自于不同祖先的野生稻群體。
研究組利用SBI等位變異培育出了一系列具有合理莖稈節(jié)長(zhǎng)度結(jié)構(gòu)、高度抗倒伏能力的水稻新品種，這些品種在大面積種植中顯示出良好的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適等特性。
相關(guān)研究成果以Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice為題發(fā)表于Molecular Plant。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部以及中科院的資助。(生物谷Bioon.com）
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