钱前、熊国胜与李家洋研究团队合作发现水稻绿色革命的伴侣基因

来源：BioArt植物

原标题：Mol. Plant ： 钱前、熊国胜与李家洋研究团队合作发现水稻绿色革命的伴侣基因

近日，中国农业科学院中国水稻研究所钱前院士、深圳农业基因组研究所熊国胜研究员与中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士领衔的研究团队在Molecular Plant在线发表了题为A strigolactones biosynthesis gene contributed to the Green Revolution in rice 的研究论文。该研究发现了一个水稻绿色革命的伴侣基因HTD1HZ ，并首次报道了独脚金内酯合成基因的有利等位变异如何在水稻绿色革命中被选择和广泛应用。

植物株型是一种非常复杂的农艺性状，是影响作物产量的主要因素。通过植物株型的改良，如植株高度、茎枝（分蘖）数和穗粒数的适当改良，可以显著提高作物产量。上世纪50-60年代，为解决发展中国家人口的温饱问题，育种家利用“矮化基因”改良水稻、小麦等粮食作物，进行高产育种研究，被称为“绿色革命”。其中的代表性成果是国际水稻研究所1967年培育的被誉为奇迹稻的IR8，成功解决了东南亚地区粮食问题。事实上，中国水稻工作者率先开启水稻矮化育种，早期育成的矮秆水稻品种“广场矮”、“广陆矮4号”等都曾在中国大面积推广。IR8的其中一个矮小坚强的亲本“低脚乌尖”是从中国台湾引种，其所带的控制矮杆性状的有利等位基因SD1DGWG，成功实现IR8等大面积推广品种的半矮化抗倒性状。

该研究发现，超级稻恢复系华占中含有一个独脚金内酯合成基因HTD1新的等位形式HTD1HZ，能够有效增加水稻分蘖数和产量。在奇迹稻IR8的另一个高大繁茂的亲本“皮泰”中含有HTD1HZ。来自“皮泰”的HTD1HZ和来自“低脚乌尖”SD1DGWG在IR8培育过程中被共同选择固定下来，两者相辅相成，实现了矮杆抗倒和繁茂多蘖的最佳组合，促进水稻品种的稳产广适性。在我国大面积推广的双桂，明恢63和华占等多个品种中，都携带有有HTD1HZ和SD1DGWG。这些结果表明，在现代籼稻品种育种过程中，HTD1HZ与SD1DGWG同时被育种家共同选择并广泛利用，促进了水稻育种的 “绿色革命” 。

该研究成功解析了绿色革命中矮杆多分蘖类型品种的分子机理，并首次报道了水稻独脚金内酯合成基因的有利等位型如何在绿色革命中被引入和广泛应用，为稳产、广适性水稻品种分子设计育种提供了十分重要的理论和指导意义。

华占是中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室朱旭东研究员等选育超级稻恢复系，其最大的一个特点就是分蘖较多，稳产性好，以华占为恢复系，育成一系列超级稻组合，产生了新一轮的杂交水稻品种的更新换代。华占组合在生产上产生了极其良好的效果。以华占为父本审定的品种多达300个以上；2015-2018年全国种植面积前十的杂交稻品种中，华占连续4年有3-4个组合列入，成为我国杂交水稻育种史上的一大“奇观”。该研究通过将华占与广亲和品种热研2号杂交，构建重组自交系进行基因组重测序，最终完成了华占的多分蘖（丛生性）特性解析。华占中含有一个独脚金内酯合成基因HTD1新的等位形式HTD1HZ，能够有效增加水稻分蘖数但不影响结实率，并且HTD1HZ杂合状态就能够增加分蘖数，使华占配制的杂交稻组合也能获得稳产特性。这一研究成果很好地回答了 “华占”为何能配置如此多的杂交稻组合，并在生产上大面积推广应用。

中国水稻研究所的王跃星副研究员、中国农业科学院深圳农业基因组研究所的商连光副研究员、曾龙军助理研究员和中国科学院遗传与发育生物学研究所余泓副研究员为共同第一作者，中国水稻研究所钱前院士、中国农业科学院深圳农业基因组研究所熊国胜研究员与中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士为共同通讯作者。该研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中国农业科学院创新工程的资助。