近日记者了解到,中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室克隆到一个同时调控水稻熟期和产量的稀有等位基因TGW1aJZ,揭示了其编码的类成花素蛋白通过耦合“开花时钟”与氮素利用效率(NUE)打破作物“早熟-高产”遗传枷锁的分子机制,明确了作物“早熟高产”实质是熟期与NUE的平衡,为培育早熟高产品种提供了理论依据和基因资源。该突破性研究成果于8月21日在《科学》(Science)杂志上发表。

　　近年来,南方省份发展多熟制粮食生产,鼓励推行“稻-稻-油”等多熟制耕作模式。然而在实际生产中,“早-晚稻”或“水稻-油菜”的茬口期短、劳动强度大,限制了多熟制轮作模式推广应用。但缩短作物营养生长期,通常会降低生物量的积累和产量。以水稻为例,每缩短1天的熟期通常会导致产量下降0.8%~1.2%。培育短熟期、高产量的品种是解决这一难题的关键。

　　研究团队以籼稻品种黄华占和早熟、特大粒粳稻资源吉资1560为亲本,创制了重组自交系群体,定位到同时赋予水稻早熟和高产特性的主效基因TGW1a,其编码一个类成花素蛋白FT-L1,是水稻体内诱导开花的决定性信号。此外,该基因编码的蛋白还能直接感知氮素信号,增强水稻对氮素的吸收和利用。这一结果明确了类成花素蛋白是协同调控水稻开花、氮素利用效率与产量三大性状的核心“枢纽”。

　　该基因的等位基因主要有3种类型,且不同类型的表达量存在精妙的“剂量效应”,导致熟期与氮素利用率的“此消彼长”。基因表达量过高或过低,都会导致熟期和氮素利用率的失衡,而吉资1560型稀有等位基因表达量适中,可以得到优化的产量结果。

　　TGW1a与高产基因Gn1a存在紧密的遗传连锁,且大多数品种携带的是“此强彼弱”的组合。育种家在分子改良中选择携带“强-强”组合的水稻品种作为供体亲本,或打破两个基因的遗传连锁,有效地应用这一稀有等位基因。

　　研究团队通过分子育种手段将该稀有等位基因导入到主栽早籼品种中嘉早17和中早39,以及恢复系华占等,连续3年在浙江杭州、广西南宁进行大田区域试验,发现改良新品种收获期缩短3~8天,产量提升4.2%~11.0%。改良的杂交组合也表现出明显的“早熟高产”特性。结果表明,该基因可在常规早籼稻和杂交晚稻两个不同生态型品种中实现“早熟高产”,为多熟制轮作模式推广应用提供了综合解决方案。

　　作者:农民日报全媒体记者 李丽颖