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科學家找到調控水稻、小麥穗發芽的“開關”

2022-12-08 14:01:35   來源: 新華網 

農作物在種子成熟期,如遇連陰雨不能及時收獲,常會出現部分籽粒在穗上發芽的現象。穗發芽嚴重影響作物的產量和品質。我國科學家日前找到了調控水稻、小麥穗發芽問題的一對“開關”,有望為避免穗發芽導致的大規模農業損失提供解決方案。

該研究由中國科學院遺傳與發育生物學研究所儲成才研究員團隊和高彩霞研究員團隊完成,相關成果6日在國際學術期刊《自然·遺傳學》在線發表。

水稻穗發芽現象(2020年圖片)。(中科院遺傳發育所供圖)

“種子休眠是指種子在適合它生長的條件下仍不能發芽的現象。然而,作物馴化過程中,由于更多考慮高產、優質、抗病蟲等性狀,常常忽視了對種子適度休眠性狀的保留,從而導致很多作物如水稻、小麥會發生穗發芽現象。”儲成才介紹,找到作物控制種子休眠的關鍵基因,闡明種子休眠調控的分子生理機制,對避免穗發芽災害至關重要。

然而,種子休眠是一個極其復雜的農藝性狀,受到大量基因位點的調控,因此,克隆調控種子休眠基因一直以來面臨諸多瓶頸。

儲成才團隊通過利用強休眠的水稻品種“卡薩拉斯”和弱休眠水稻品種“日本晴”構建染色體單片段代換系,成功從強休眠水稻品種中克隆到一個控制水稻種子休眠的關鍵基因SD6,并證實了SD6負調控水稻種子休眠。通過篩選SD6互作蛋白,團隊發現了另一水稻轉錄因子ICE2,且ICE2正調控種子休眠。

儲成才團隊通過基因編輯技術對水稻易穗發芽品種“天隆619”“武運粳27號”以及“淮稻5號”中的SD6基因進行改良,發現改良的水稻材料在收獲期遭遇連綿陰雨天氣,其穗發芽情況顯著改善。

高彩霞團隊對小麥品種“科農199”的TaSD6基因進行了改良,也大大提高了小麥穗發芽抗性。

SD6/ICE2分子模塊作用模型及應用。a圖為SD6/ICE2分子模塊作用模型示意圖;b圖為改良前后水稻品種穗發芽情況;c圖為改良前后小麥品種穗發芽情況。(中科院遺傳發育所供圖)

“這些研究成果表明,SD6在水稻、小麥穗發芽抗性育種改良中具有重要應用價值。SD6和ICE2兩個基因有望在解決穗發芽問題、降低農業損失中發揮重要作用。”高彩霞說。

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