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水稻半矮秆性状与抗倒伏育种研究获进展
发表日期: 2018-01-09 作者: 李来庚等 文章来源:《分子植物》
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中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所李来庚研究组与湖南亚华种业科学研究院杨远柱团队合作,发现了一个新的特异调控水稻茎秆基部节长度的基因,该基因在培育水稻半矮秆性状,提高抗倒伏能力,增加大面积水稻产量方面显示了重要的应用价值。

倒伏是水稻高产稳产的主要限制因素之一。自20世纪60年代以来,以作物矮化育种为标志的“绿色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突变体,培育半矮秆性状,提高作物(水稻)的抗倒伏能力,使水稻产量得到了大面积的显著增加。相关研究虽已在水稻中发现了超过60个基因可以导致半矮秆性状,但这些基因除影响茎秆长度外还影响其它农艺性状,难以应用于培育抗倒伏品种。目前,SD1的突变仍然是培育水稻半矮秆性状的主要基因。由于可用基因的单一性,抗倒伏性状的分子育种受到了较大限制。

SV14S是一个在水稻育种上被广泛应用的温敏不育系,它的茎秆基部节间显著缩短,显示良好的抗倒伏能力。李来庚研究组通过遗传分析发现,该茎秆基部节间缩短是由单一基因控制的半显性遗传性状,并将该基因命名为Shornted Basal InternodesSBI)。结合图位克隆和基因组技术,研究发现SBI编码一个尚未报道的GA2氧化酶,在茎秆基部节间高表达。酶功能分析证明,SBI编码的GA2氧化酶可以将活性赤霉素转化为非活性赤霉素化合物。水稻中SBI存在两个等位变异基因型,导致SBI酶催化活性显著不同。高活性的SBI位点使得水稻茎秆基部节中活性赤霉素含量显著降低,从而抑制基部节间的伸长。体内和体外研究结果证明,位于SBI蛋白序列保守区域的第338位氨基酸的差异是影响SBI酶活性的关键位点。通过对大量水稻品种基因分析发现,该位点的变化影响水稻品种株高及茎秆基部节间长度。同时,基因演化分析表明SBI等位基因之间的差异很可能来自于不同祖先的野生稻群体。

研究组利用SBI等位变异培育出了一系列具有合理茎秆节长度结构、高度抗倒伏能力的水稻新品种,这些品种在大面积种植中显示出良好的高产、稳产、广适等特性。

相关研究成果以Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice为题发表于Molecular Plant。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部以及中科院的资助。(来源:中国科学院上海生命科学研究院)

 

Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice

 

Abstract   Breeding semi-dwarf varieties to improve lodging resistance has proven to be enormously successful in increasing grain yield since the advent of the “green revolution”. However, the breeding of the majority of semi-dwarf rice varieties in Asia has been dependent on genetic introduction of the mutant alleles of SD1, which encodes a GA 20-Oxidase, OsGA20ox2, for catalyzing GA biosynthesis. Here we report a new rice lodging resistance gene, Shortened basal internodes (SBI), which encodes a gibberellins 2-oxidase and specifically controls the elongation of culm basal internodes through deactivating GA activity. SBI is predominantly expressed in culm basal internodes. Genetic analyses indicate that SBI is a semi-dominant gene affecting rice height and lodging resistance. SBI allelic variants display different activities and are associated with the height of rice varieties. Breeding with higher activity of the SBI allele generates new rice varieties with improved lodging resistance and increased yield. The discovery of the SBI provides a desirable gene resource for producing semi-dwarf rice phenotypes and offers an effective strategy for breeding rice varieties with lodging resistance and high yield.

 

原文链接:http://www.cell.com/molecular-plant/pdf/S1674-2052(17)30374-X.pdf

 


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