两团队合作发现调控水稻茎秆基部节长度的新基因

科学网上海1月8日电(记者黄鑫)中国科学院上海植物生理生态研究所李来庚和湖南亚华种业研究所杨的研究小组发现了一个新的基因，该基因可以特异性地调节水稻茎基节的长度。该基因在培育水稻半矮秆性状、提高抗倒伏性和增加水稻大面积产量方面显示了重要的应用价值。相关的研究结果最近发表在国际学术期刊《分子植物》上。

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”主要利用一种催化赤霉素合成的SD1基因突变体来培育半矮化性状，提高作物(水稻)的抗倒伏性，并大面积显著增加水稻产量。尽管已经在水稻中发现了60多个导致半矮秆性状的基因，但是这些基因影响除茎长之外的其他农艺性状，并且难以用于培育抗倒伏的品种。目前，SD1基因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，抗倒伏的分子育种受到很大限制。

SV14是一个广泛应用于水稻育种的温敏不育系。茎基节间显著缩短，抗倒伏能力强。通过遗传分析，李来庚的研究组发现茎基节间缩短是一个由单个基因控制的半显性遗传性状，并将其命名为短基节间基因(SBI)。结合图谱克隆和基因组技术，研究发现SBI基因编码一种未报道的GA2氧化酶，其在茎的基部节间高度表达。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。水稻中存在两种SBI等位变异基因型，导致SBI酶催化活性存在显著差异。高活性SBI位点显著降低了水稻茎基节间的活性赤霉素含量，从而抑制了基节间的伸长。体内和体外研究证明，位于SBI蛋白序列保守区的氨基酸338的差异是影响SBI酶活性的关键位点。通过对大量水稻品种的基因分析，发现该位点的变化影响水稻品种茎基部的株高和节间长度。同时，遗传进化分析表明，SBI等位基因之间的差异可能来自不同祖先的野生稻群体。

据报道，研究人员利用SBI基因的等位变异培育了一系列茎节长度结构合理、抗倒伏能力强的水稻新品种。专家表示，这些品种表现出高产、稳产、适应性广的优良特性，适合大规模栽培。