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中科院突破重要育种瓶颈,可大大提高水稻产量

商业 前瞻网 2022-04-23 10:03

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众所周知,水稻是最重要的主粮作物之一,养活了世界一半以上的人口。水稻的产量主要由三个核心要素决定:穗数、每穗粒数、粒重。然而,这三个性状在水稻中通常呈负相关。比如穗子增大时,穗数减少。

4月22日,据中国科学院遗传与发育生物学研究所官网,该所李家洋院士团队揭示了水稻产量核心要素穗重和穗数之间相互制约的分子机制,为突破这一育种瓶颈提供了新的遗传资源与研究思路。

研究人员介绍,IPA1是此前鉴定到的一个水稻株型调控的主效基因,调控水稻多方面生长发育过程,对抗病性和环境适应性也有重要调控作用。但同时,IPA1也是一个典型的多效性基因,在增大穗部的同时使分蘖数降低,限制了其增加水稻产量的潜力。

为突破IPA1多效性造成的穗部和分蘖的制约关系,在此项最新的研究中,研究团队提出了通过改造IPA1的顺式调控区,分别调控其在幼穗、茎基部等各组织中的表达水平,实现不同表型的特异性调控,从而打破产量因素之间负效应的策略。

该团队使用平铺删除(tiling deletion)的方法,通过多靶点CRISPR/Cas9对IPA1的顺式调控区进行系统性高覆盖度的片段删除,创制出大量IPA1顺式调控区平铺删除的基因编辑材料,并从中发掘出了一个可以同时提高分蘖数和穗粒数的编辑材料IPA1-Pro10及其对应的54bp关键顺式作用元件。IPA1-Pro10具有穗重和穗数同时增加、株高变高、茎秆和根系粗壮的表型。

经田间小区测产鉴定,IPA1-Pro10与对照品种中花11相比能够增产15.9%,大大提高了水稻产量。此研究通过平铺删除策略,通过编辑筛选水稻关键基因的顺式调控区成功实现了水稻产量关键要素间负相关性的解除,为通过创制全新遗传资源打破水稻产量瓶颈提供了有效策略。

该研究论文题为“Targeting a gene regulatory element enhances rice grain yield by decoupling panicle number and size”,已发表在《自然-生物技术》期刊上。

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责任编辑: 4161HSS

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