张启发院士课题组《自然•遗传学》发新成果

　　

生物通报道：在5月5日的《自然—遗传学》网络版上，发表了中科院院士、华中农业大学教授张启发团队的最新研究论文。张启发院士领衔的研究团队经过10多年的研究，首次发现并成功克隆的一个同时控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的基因，命名为Ghd7。

 

研究人员鉴定出一个单基因Ghd7可以决定水稻的株高、抽穗期和每穗粒数的三个特征。之前的研究确定了可能决定水稻以上特征的7号染色体区域，但是不能精确到任何特定基因。  

据张启发院士介绍，以往认为需要改变许多基因才能够增加水稻产量，现在我们只需要控制一个单基因就能够提高产量。科研团队还在水稻第７染色体着丝粒区附近，利用图位克隆技术分离到了这个基因。  

研究验证，目前高产量水稻品种中大都含有Ghd7基因。野生型Ghd7基因可使抽穗期大大延迟，株高和每穗粒数显著增加。在武汉夏天的条件下，含有野生型　Ghd7基因的近等基因系较轮回亲本珍汕97抽穗晚23天，株高增加了30厘米，穗粒数增加一倍，且茎秆粗壮抗倒，单株产量可提高50％。将野生型Ghd7基因通过生物技术转移到一些小穗、早抽穗品种中，可使这些品种的每穗粒数成倍增加，同时伴随植株增高，抽穗期延迟。  

该基因与水稻品种的生态地理适应性有密切的关系。在低纬度地区，野生型Ghd7基因可使水稻品种充分利用光温条件，大穗高产。

 

研究还表明，该基因与水稻品种的生态地理适应性有密切关系，热带亚热带地区的高产品种、杂交稻、野生稻都含有野生型Ghd7等位基因，而该基因功能的丧失或突变，则允许水稻在生长期较短的高纬度地区种植。因此，该基因对水稻增产和生态适应性发挥了关键作用。

 

据文章并列第一作者刑永忠教授介绍，上世纪90年代中期，他们通过QTL分析，在水稻第7染色体着丝粒区附近定位了一个具多效性的QTL。15年来，他们反复证明了这一结果，并对这个基因区间构建了多对近等基因。在此基础上利用图位克隆技术分离到了这个基因。研究结果表明，野生型Ghd7等位基因可使抽穗期大大延长，株高和每穗粒数显著增加。

 

在武汉夏天气候下，含有野生型Ghd7等位基因的近等基因系较轮回亲本珍汕97抽穗晚23天，株高增加30厘米，穗粒数增加一倍，且茎秆粗壮抗倒，单株产量显著提高，近等基因系间同时还伴随着一系列性状变化。  

张启发院士表示，高产稳产历来是作物科学研究追求的最终目标之一，影响水稻单位面积产量的因素包括每穗颖花数、有效穗数、千粒重和结实率等，生育期则决定水稻品种的季节和地区适应性，是影响稳产的主要因素。水稻Ghd7基因的成功克隆，大大地增进了对复杂数量性状的遗传和分子基础的认识。在学术研究上，也对传统遗传学中罕有的一因多效是个很好的例证。  

Ghd7基因的成功分离，说明对于诸如产量这样复杂的数量性状，也可同质量性状一样，通过生物技术进行改良。该基因的有关信息，可被直接用于从水稻品种遗传资源中发掘对提高产量和生态适应性有重要意义的优良基因，进行作物品种的遗传改良。由于指向性的明确，Ghd7基因的成功分离也可大大缩短高产水稻品种的筛选时间，由以往的10年左右，缩短到5年。

 

找到该基因，全球范围内提高农作物产量有可能迈出关键一步。因为利用传统的育种方法，过去20多来年水稻产量一直徘徊不前，似乎已达到一个极限。

经典的遗传学理论认为，包括水稻在内的作物产量由大量基因控制。张启发介绍，现在只需控制一个单基因就可实现。