科技日報訊 （記者王怡 謝開飛 通訊員黃獻光）武漢大學(xué)李紹清、福建農(nóng)業(yè)科學(xué)院趙明富、中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所儲成才和李云海以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院朱旭東等科學(xué)家分別組成的三個科研團隊，近日發(fā)現(xiàn)了一種調(diào)節(jié)水稻籽粒大小和產(chǎn)量的新分子模塊。三個科研團隊的三篇獨立論文于12月22日在線發(fā)表在本周《自然·植物》學(xué)術(shù)期刊上。
根據(jù)研究成果顯示，三個研究團隊采用了不同的方法來使生長調(diào)節(jié)因子受到了小核糖核酸分子miR396的抑制，而這兩者在一起控制了水稻籽粒的大小和數(shù)量，這表明它們可能是未來顯著提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵。
通常增加水稻產(chǎn)量的方法有兩種：一是增加植物上花或者是穗的數(shù)量，從而增加籽粒的數(shù)量；二是增加每粒水稻的大小。李紹清和他的研究團隊發(fā)現(xiàn)在雜交水稻中miR396的表達被抑制，進而使其于生長因子六（GRF6）的表達激活了一種植物激素的生物合成與信號傳遞促進水稻穗的形成。
在另外兩個科研團隊的研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)了兩種形式的生長因子四（GRF4）都能顯著增加籽粒重量。他們發(fā)現(xiàn)這兩種形式的生長因子四都包含突變，這些突變讓它們對于miR396的抑制不敏感。儲成才及其研究團隊發(fā)現(xiàn)生長因子四的表達增加會激活另一種類型的植物激素反應(yīng)，從而進一步增強籽粒的發(fā)育和增加籽粒的大小。李云海及其研究團隊發(fā)現(xiàn)生長因子四也通過和轉(zhuǎn)錄共激活因子（幫助激活基因表達的蛋白質(zhì)）的互動增加籽粒的大小和重量。
三個研究團隊都找到miR396和生長因子的模塊通過多個分子通路調(diào)控谷物產(chǎn)量。研究人員表示，雖然生長因子六與生長因子四都受到miR396的調(diào)控，但這兩者增加谷物產(chǎn)量的方式不同，這將有助于指導(dǎo)未來選育水稻高產(chǎn)品種。
趙明富介紹說，水稻產(chǎn)量由分蘗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重三要素所決定。然而在實際育種工作中，這三者間卻存在非常強的負相關(guān)。也就是說，當(dāng)某一個要素增加時，另外兩種成份就會呈現(xiàn)減少現(xiàn)象，這也是水稻育種面臨的一大難題。研究團隊通過生理生化、遺傳學(xué)等手段，詳細研究了GL2調(diào)控水稻籽粒大小的分子機制，發(fā)現(xiàn)了重要植物激素——油菜素內(nèi)酯調(diào)控籽粒大小的特異性分支途徑，詮釋了調(diào)控水稻籽粒大小的分子機制，突破了決定水稻產(chǎn)量三要素（粒重、分蘗數(shù)、穗粒數(shù)）同時具有正向效應(yīng)的育種難題，為水稻高產(chǎn)育種，提供了非常難得的育種材料和基因資源。若這項成果得到大面積轉(zhuǎn)化應(yīng)用，按照小區(qū)增產(chǎn)平均值11％來推算，預(yù)計每年的增產(chǎn)潛力將使我國水稻增產(chǎn)2300萬噸，全球水稻增產(chǎn)8074萬噸。
