科學(xué)家找到調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽的“開關(guān)”

新華社北京12月6日電(記者張泉)農(nóng)作物在種子成熟期，如遇連陰雨不能及時(shí)收獲，常會(huì)出現(xiàn)部分籽粒在穗上發(fā)芽的現(xiàn)象。穗發(fā)芽嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。我國(guó)科學(xué)家日前找到了調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽問(wèn)題的一對(duì)“開關(guān)”，有望為避免穗發(fā)芽導(dǎo)致的大規(guī)模農(nóng)業(yè)損失提供解決方案。

該研究由中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所儲(chǔ)成才研究員團(tuán)隊(duì)和高彩霞研究員團(tuán)隊(duì)完成，相關(guān)成果6日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》在線發(fā)表。

水稻穗發(fā)芽現(xiàn)象(2020年圖片)。(中科院遺傳發(fā)育所供圖)

“種子休眠是指種子在適合它生長(zhǎng)的條件下仍不能發(fā)芽的現(xiàn)象。然而，作物馴化過(guò)程中，由于更多考慮高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲等性狀，常常忽視了對(duì)種子適度休眠性狀的保留，從而導(dǎo)致很多作物如水稻、小麥會(huì)發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象?！眱?chǔ)成才介紹，找到作物控制種子休眠的關(guān)鍵基因，闡明種子休眠調(diào)控的分子生理機(jī)制，對(duì)避免穗發(fā)芽災(zāi)害至關(guān)重要。

然而，種子休眠是一個(gè)極其復(fù)雜的農(nóng)藝性狀，受到大量基因位點(diǎn)的調(diào)控，因此，克隆調(diào)控種子休眠基因一直以來(lái)面臨諸多瓶頸。

儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用強(qiáng)休眠的水稻品種“卡薩拉斯”和弱休眠水稻品種“日本晴”構(gòu)建染色體單片段代換系，成功從強(qiáng)休眠水稻品種中克隆到一個(gè)控制水稻種子休眠的關(guān)鍵基因SD6，并證實(shí)了SD6負(fù)調(diào)控水稻種子休眠。通過(guò)篩選SD6互作蛋白，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了另一水稻轉(zhuǎn)錄因子ICE2，且ICE2正調(diào)控種子休眠。

儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因編輯技術(shù)對(duì)水稻易穗發(fā)芽品種“天隆619”“武運(yùn)粳27號(hào)”以及“淮稻5號(hào)”中的SD6基因進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)改良的水稻材料在收獲期遭遇連綿陰雨天氣，其穗發(fā)芽情況顯著改善。

高彩霞團(tuán)隊(duì)對(duì)小麥品種“科農(nóng)199”的TaSD6基因進(jìn)行了改良，也大大提高了小麥穗發(fā)芽抗性。

SD6/ICE2分子模塊作用模型及應(yīng)用。a圖為SD6/ICE2分子模塊作用模型示意圖;b圖為改良前后水稻品種穗發(fā)芽情況;c圖為改良前后小麥品種穗發(fā)芽情況。(中科院遺傳發(fā)育所供圖)

“這些研究成果表明，SD6在水稻、小麥穗發(fā)芽抗性育種改良中具有重要應(yīng)用價(jià)值。SD6和ICE2兩個(gè)基因有望在解決穗發(fā)芽問(wèn)題、降低農(nóng)業(yè)損失中發(fā)揮重要作用?！备卟氏颊f(shuō)。