科研进展| 基因组所钱前院士团队联合发现水稻粒形遗传调控新机制

　　近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所与中国水稻研究所合作研究发现了水稻粒形遗传调控新机制，研究成果在线发表于权威学术期刊《New Phytologist》。

　　目前，虽然已克隆了一些控制水稻籽粒大小的重要基因/QTL，但水稻粒形和粒重调控的分子机理仍不清楚。水稻育种家们利用籽粒大小的自然变异对水稻产量和品质进行改良，但只有少数几个粒形调控基因的等位变异能被广泛利用。针对这一问题，本项目研究团队克隆了一个新的控制水稻粒宽和粒重的QTL/基因并开展了功能分析，为阐明水稻粒形的遗传调控机制和培育高产水稻的分子育种工作奠定了基础。

　　在这项研究中，研究团队在前期利用“两优培九”的重组自交系进行了基因组重测序，成功构建了一张超高分辨率的遗传连锁图谱。在此基础上采用超级杂交稻亲本培矮64s与93-11的大规模BC4F2群体，精细定位和图位克隆了一个新的控制稻谷粒宽和粒重的主效QTL——TGW2。TGW2基因编码细胞数目调控因子OsCNR1，培矮64s等位型基因在孕穗期颖壳中的转录表达水平显著高于9311等位型，颖壳细胞数目显著减少。研究团队利用大量不同粒形水稻品种的表型和基因序列的关联分析结合启动子荧光素酶活性实验，确定了基因启动子区内引起表达差异的关键位点。并通过过表达和基因敲除实验验证了TGW2基因的功能，阐明TGW2蛋白与调控细胞周期的KRP1蛋白存在互作，可以负向调控水稻粒宽和粒重。将93-11等位型的tgw2导入培矮64s背景，产量可提高12.3%而不影响其他农艺性状（图1）。

　　图1. 近等基因系的表型及产量

　　对具有广泛代表性的水稻种质资源的序列进行分析发现，TGW2基因启动子区内关键位点为培矮64s等位型的多为aus稻，推测该等位型最初出现在印度和/或孟加拉国，随后传播至邻国。进一步对141份水稻品种的分析揭示该基因受到了育种驯化选择（图2）。该研究不仅有利于揭示水稻乃至禾本科作物籽粒大小的遗传调控机制，而且为水稻的高产优质育种提供了新的基因资源，可加快在超级稻育种中的应用。

　　图2.  TGW2基因的等位型地理分布和进化分析

　　该研究得到了深圳市科技创新委基金和国家自然基金等项目资助。中国水稻研究所博士后阮班普和中国农业科学院深圳农业基因组研究所副研究员商连光为论文并列第一作者，中国水稻研究所高振宇研究员和中国农业科学院深圳农业基因组研究所钱前院士为共同通讯作者。基因组所博士后张斌、林海等研究人员也参与了部分工作。

　　文章链接：https://doi.org/10.1111/nph.16540