我国水稻基因研究获重大成果

携带Ghd7基因与不携带Ghd7基因对比图（图中较短、较小、较少者为不携带）。

本报武汉5月5日电(记者夏静通讯员金安江、范敬群、胡世全)记者今天上午10时从华中农业大学获悉,中国科学院院士张启发科研团队最新的研究成果:发现并分离出控制水稻产量和生育期的多效性基因――Ghd7。

该研究团队于2008年5月4日(美国东部标准时间5月4日中午12点,北京时间5月5日凌晨1点)在《自然―遗传学》(NatureGenetics)的网络版上发表研究论文,报道了他们首次发现并成功克隆的一个同时控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的QTL(quantitytraitloci,数量性状位点)基因,命名为Ghd7。

经典的遗传学理论认为,植物的复杂数量性状一般是由大量微效基因协同控制,研究难度很大,其中作物产量是最为复杂的数量性状。然而,中国科学院院士张启发科研团队最新的研究成果表明,产量性状也可能会受少数几个关键主效基因的调控。

据文章第一作者(并列)华中农大邢永忠教授介绍,Ghd7基因的分离克隆,是该研究团队近15年的研究成果。早在上世纪90年代中期,课题组就通过QTL分析,在水稻第7染色体着丝粒区附近定位了一个具多效性的QTL。其后的十余年中,他们反复证明了这一结果,并对这个基因区间构建了多对近等基因系,在此基础上利用图位克隆技术分离到了这个基因。研究结果表明,野生型Ghd7等位基因可使抽穗期(开花)大大延迟,株高和每穗粒数显著增加。在武汉夏天的条件下,含有野生型Ghd7等位基因的近等基因系较轮回亲本珍汕97抽穗晚23天,株高增加了30厘米,穗粒数增加一倍,且茎秆粗壮抗倒,单株产量可提高50%,近等基因系间同时还伴随着一系列性状的变化。将野生型Ghd7等位基因通过转基因方法转移到一些小穗、早抽穗品种中,可使这些品种的每穗粒数成倍增加,同时伴随植株增高,抽穗期延迟。研究人员发现,Ghd7基因编码的蛋白质为一含CCT结构域蛋白家族成员,其表达和功能受光周期调控。该蛋白不仅参与了开花的调控,而且对植株的生长、分化及生物学产量有普遍的促进效应。在长日条件下,该基因的表达增强,从而推迟抽穗,植株增高,穗子变大,穗粒数增多。

研究结果还表明,该基因与水稻品种的生态地理适应性有密切的关系。在低纬度地区,野生型Ghd7等位基因可使水稻品种充分利用光温条件,大穗高产,因此产于热带、亚热带地区的高产品种、杂交稻中以及野生稻都含有野生型Ghd7等位基因。而该基因功能的丧失,则可允许水稻在生长期较短的高纬度地区种植,产于我国东北的水稻品种都带有功能丧失或突变型的Ghd7等位基因。因此,这个基因对水稻增产和生态适应性发挥了关键作用。

对于研究成果的理论与实践意义,张启发院士介绍说,高产稳产历来是作物科学研究追求的最终目标之一,影响水稻单位面积产量的因素包括每穗颖花数、有效穗数、千粒重和结实率等,生育期则决定水稻品种的季节和地区适应性,是影响稳产的主要因素。水稻Ghd7成功克隆,表明在复杂数量性状的形成中,主效基因和多效性基因有着关键作用,从而大大地增进了对复杂数量性状的遗传和分子基础的认识。该基因的成功分离,说明对于诸如产量这样复杂的数量性状,也可同质量性状一样,通过转基因和分子标记辅助选择等生物技术进行改良。

Ghd7:Grains.Height.Date-7,位于水稻第7染色体上的可同时调控每穗粒数、株高和抽穗期的一个多效性基因。

生物性状:分为质量性状和数量性状两大类,质量性状是指生物在种类上的不同表现,如红、白花,一般由单个基因控制,易于研究;数量性状是指生物在数量上的不同表现,如作物的高度、产量等,其中作物产量是最为复杂的数量性状。

主效基因:对某一性状的表现起主要作用、效应较大的基因。

微效基因:指一性状受制于多个基因,每个基因影响较小、效应累加、无现隐性关系、对环境敏感,这些基因被称为微效基因。

基因克隆与图位克隆:图位克隆又称为定位克隆,是近几年随着各种植物的分子标记图谱相继建立而发展起来的一种新的基因克隆技术,它是根据目的基因在染色体上的位置进行基因克隆的一种方法。

在农业生物技术领域,运用基因分离克隆技术可开发和分离潜在的各种有价值的基因并深入研究其表达机理,作物的许多性状诸如产量、品质、抗性,植株的形态、熟期、花期发育的调节,以及一些复杂的生理生化性状等都可望得到进一步的改良。

英国著名杂志《Nature》:是世界上最早的国际性科技期刊,自1869年创刊以来,始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破。《自然-遗传学》是自然系列杂志之一,由英国Nature出版集团发行,每月一期,刊发遗传学领域最重要的新成果和最高水平的学术论文,2006年SCI影响因子为24.176。