我科學家發現水稻籽粒大小關鍵調控基因

　　谷粒大小不僅是決定水稻產量的要素之一，而且對谷粒的外觀品質有著重要影響。近日，中科院院士、華中農業大學張啟發課題組在谷粒大小和粒型的調控研究方面取得重大進展。研究證實了水稻中GS3基因控制水稻籽粒大小，發現了該基因中控制籽粒大小的關鍵區域，命名為OSR（Organ Size Regulation）。該論文日前發表在美國《國家科學院院刊》上。

　　由于谷粒大小是水稻生產中的重要性狀，張啟發課題組從1997年就開始了對控制水稻粒形基因GS3的研究，直到2006年找到這個基因，歷時9年。在此基礎之上，該組近年來對該基因的功能作了深入研究，證實了GS3是調控谷粒大小的主要基因，揭示了基因所編碼蛋白的結構與功能之間的關系。

　　據該論文第一作者茆海亮介紹，他們發現GS3基因編碼的蛋白存在相互對抗的前后兩個部分，其中前一段（N-端）是控制粒形的關鍵區域，即OSR，后面一段（C-端）對OSR的功能有抑制作用，GS3蛋白內首尾兩部分之間的“博弈”最終決定籽粒的大小。

　　進一步研究表明，沒有GS3蛋白（或該蛋白無功能）的水稻品種為長粒型（長度約10毫米），含有完整GS3蛋白的水稻品種粒型中等（約8毫米），而只有OSR的水稻品種的谷粒為短粒（約6毫米）。

　　此外，研究人員還發現，幾乎所有的優良粳稻品種都帶有完整的GS3蛋白，表現為中等粒型，優良長粒型秈稻品種的GS3蛋白無功能，通過對該基因的導入和替換，能有效地改變水稻品種的粒型，表明GS3對水稻的產量和品質有重要的決定作用，是粒型的變異和演化的主要決定因子之一。

　　值得注意的是，研究人員在其他物種中，包括玉米、大麥、大豆等也發現了GS3同源的基因，并且OSR在這些同源基因中都存在，說明這些基因有可能也控制著相應物種種子的大小。由此可以預見，該研究成果在品種改良中將有著重大應用前景。茆海亮認為：“首先該基因變異可作為分子標記直接應用于水稻籽粒大小的選育，提高水稻產量；其次，根據水稻的研究信息，可以對其他物種的GS3同源基因進行克隆，從而指導相應物種的品種改良。”