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(資料圖)

7月27日，《自然·遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)邢永忠教授課題組（水稻產(chǎn)量生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室）的研究論文“Suppressing a phosphohydrolase of cytokinin nucleotide enhances grain yield in rice”。該研究挖掘到一個(gè)水稻增產(chǎn)的重要基因GY3，該基因可通過調(diào)控細(xì)胞分裂素的合成，顯著增加水稻每穗粒數(shù)，將小區(qū)產(chǎn)量提高7%~15%，為水稻高產(chǎn)育種提供了重要的基因資源。

水稻是世界上三大糧食作物之一，其種植面積超過24億畝，產(chǎn)量超過7.5億噸。2020年，我國(guó)水稻種植面積4.5億畝，產(chǎn)量超過2.1億噸。培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻品種，不僅是科學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題，也是保障我國(guó)糧食安全的重要途徑。

我國(guó)種植的亞洲栽培稻（Oryza sativa）包括秈稻和粳稻兩個(gè)亞種，在漫長(zhǎng)的亞種分化和長(zhǎng)期的育種選擇過程中，粳稻（短圓形）和秈稻（細(xì)長(zhǎng)形）不僅在稻米外形特征表現(xiàn)出巨大的差異，而且在基因組水平也有很大不同。

針對(duì)水稻秈粳亞種間產(chǎn)量形成機(jī)制的異同問題，邢永忠教授課題組博士后吳比等經(jīng)過12年的研究，發(fā)現(xiàn)了新的細(xì)胞分裂素合成途徑，解析了水稻增產(chǎn)重要基因GY3的調(diào)控機(jī)制，對(duì)水稻遺傳改良具有重要意義。

研究團(tuán)隊(duì)利用秈稻品種特青和粳稻品種02428構(gòu)建的高級(jí)遺傳群體克隆了產(chǎn)量基因GY3，發(fā)現(xiàn)粳稻來(lái)源的GY3為優(yōu)良等位基因，具有增產(chǎn)效應(yīng)。此外，研究團(tuán)隊(duì)在粳稻GY3啟動(dòng)子區(qū)域鑒定到一個(gè)反轉(zhuǎn)座子插入，該反轉(zhuǎn)座子的插入，增強(qiáng)了GY3啟動(dòng)子區(qū)域的表觀修飾，降低GY3表達(dá)量，從而增加每穗粒數(shù)和谷物產(chǎn)量。通過體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)了GY3參與細(xì)胞分裂素的“兩步法”合成，敲除或者抑制GY3的表達(dá)，可減少細(xì)胞分裂素合成前體底物的無(wú)效消耗，提高體內(nèi)活性細(xì)胞分裂素含量，從而增加水稻產(chǎn)量。

通過對(duì)GY3啟動(dòng)子區(qū)域序列分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，大部分粳稻（98%）和少部分秈稻（21%）攜帶優(yōu)良GY3等位基因，而當(dāng)前推廣的秈稻品種絕大多數(shù)不具有GY3增產(chǎn)等位基因，這也表明，GY3在秈稻育種中尚未被育種家們利用。

粳稻GY3提高秈稻恢復(fù)系及其配制的雜交種產(chǎn)量

研究團(tuán)隊(duì)將GY3優(yōu)良等位基因?qū)?3-11等4個(gè)秈稻恢復(fù)系后，發(fā)現(xiàn)改良的恢復(fù)系小區(qū)產(chǎn)量提高9.1%~16.3%。利用這些改良恢復(fù)系配制的雜交種，也比原始雜種小區(qū)產(chǎn)量提高7.4%~15.4%。這些結(jié)果表明，GY3可作為秈稻高產(chǎn)育種的重要基因，有望推動(dòng)秈稻品種產(chǎn)量的大幅度提升。（總臺(tái)記者 許偉）