袁隆平院士等发PNAS文章

　　

生物通报道：来自中科院遗传与发育研究所植物基因组学国家重点实验室，河北农业大学生科院的研究人员经过数年的研究，在水稻杂交优势的分子机理方面取得重大突破，这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

参与研究的人员包括植物基因研究中心朱立煌课题组和朱祯课题组，基因组所于军课题组等人，以及湖南杂交水稻中心袁隆平院士，对于他们的这研究成果，生命科学权威刊物Cell在其"Leading Edge"专栏中专文介绍并给予高度评价，认为这项研究是阐明水稻杂种优势的分子机理的一个起点。

袁隆平院士出生于1930年，是我国杂交水稻研究创始人，被誉为“杂交水稻之父”、“当今中国最著名的科学家”、“当代神农氏”、“米神”等。

1953年，袁隆平毕业于西南农学院（2005年并入西南大学）。1964年开始研究杂交水稻，1973年实现三系配套，1974年育成第一个杂交水稻强优组合南优2号，1975年研制成功杂交水稻制种技术，从而为大面积推广杂交水稻奠定了基础。1980－1981年,袁隆平赴美任国际水稻研究所技术指导。1982年任全国杂交水稻专家顾问组副组长。1985年提出杂交水稻育种的战略设想，为杂交水稻的进一步发展指明了方向。1987年任863计划两系杂交水稻专题的责任专家。1991年受聘联合国粮农组织国际首席顾问。1995年被选为中国工程院院士。1995年研制成功两系杂交水稻，1997年提出超级杂交稻育种技术路线，2000年实现了农业部制定的中国超级稻育种的第一期目标，2004年提前一年实现了超级稻第二期目标。

虽然自上世纪70年代起，杂交水稻在我国的大面积推广，为解决中国粮食安全问题发挥了不可替代的作用，杂交优势在农业生产上广泛应用，但是其遗传基础和分子机理仍知之甚少，是一个经典的科学难题。

在这篇文章中，研究人员经过数年的研究，发现了indica水稻基因，绘制了超级杂交水稻LYP9的花序及叶发育的转录本，在水稻杂交优势的分子机理方面取得重大突破。因此Cell在其"Leading Edge"专栏中专文介绍并给予高度评价，认为这项研究“provide a starting point for uncovering its mechanistic basis in one of the world’s most important food crops”。

附：

朱祯
　课题组长：朱祯，研究员。1980年北京大学生物化学系理学学士；1983年北京大学生物化学系理学硕士；1988年中国科学院遗传研究所博士。　　
　　 1. 抗虫转基因水稻的研制
　　 我们应用三引物PCR方法修饰豇豆胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI），获得了融合基因SCK，并用其构建载体转化水稻。后期检测表明，转SCK基因水稻胰蛋白酶抑制剂表达活性较CpTI提高了2～4倍，并表现出了极高的对二化螟等鳞翅目害虫的抗性。酶切纯合转基因水稻株系已经或的并获得国家农业部批准进行了大田实验，田间实验表明，在不使用任何农业的情况下，转基因水稻具用很好的抗虫性。我们所是用的水稻恢复系明恢86应用与三系杂交水稻育种中，具用极好的推广前景，预计将取代现在广泛使用的明恢86。此研究由洛氏基金和国家863项目支持。
　　2. 基因工程改良淀粉品质
　　我们从水稻中克隆出与淀粉合成相关的全长水稻淀粉分支酶I基因和全长的水稻可溶性淀粉合成酶基因。筛选并克隆了水稻淀粉分支酶3基因片段。利用水稻DH群体对水稻淀粉分支酶I基因进行了染色体，首次把该基因定位于水稻第6染色体末端，距分子标记G342的距离为0.3 cM。构建了水稻淀粉分支酶I基因、水稻可溶性淀粉合成酶基因的正义和反义单子叶表达载体。获得了转正义水稻淀粉分支酶I的转基因水稻植株，直链淀粉含量测定表明转基因水稻胚乳中的直链淀粉含量有明显的下降，下降幅度平均为15％。
　　3. 棉花曲叶病毒双向启动子功能研究
　　通过转化烟草和棉花，瞬时表达和稳定表达结果均表明，棉花曲叶病毒互补链基因方向启动子属强启动子，在叶肉及维管组织均有较高的活性，其平均活性是CaMV 35S 启动子的5－6倍，单株最高活性达到CaMV 35S 启动子活性的10倍。而病毒链基因方向启动子表达活性较低，远远低于CaMV 35S 启动子。对稳定表达的转基因烟草进行组织化学染色表明，互补链基因启动子在绝大多数营养和繁殖器官中有强表达活性，其表达方式与CaMV 35S 启动子较为相似，在叶、茎、根和维管束中均有表达；而且在除花粉外的其它繁殖器官中均检测到了启动子活性，是近组成型启动子。
　　 我们对互补链基因启动子5’端进行了一系列缺失分析，得到5种不同长度的启动子片段与GUS基因融合的植物表达载体。本工作是首次对棉花曲叶病毒互补链基因启动子的功能区进行分析比较，通过检测转基因植株GUS活性，发现缺失负调控元件的启动子比全长启动子具有更强的活性，平均活性是CaMV 35S启动子的12倍。
　　4. 对水稻EPSP合酶的进一步研究
　　本实验室已从水稻基因组TAC文库中筛取水稻5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase,EPSPS)基因，获得了水稻EPSPS基因全序列信息及其相应的cDNA序列。在此基础上，根据对水稻EPSPS基因所表达蛋白质序列的分析结果，本研究将利用蛋白质工程技术对其保守区域进行定点和随机突变，运用大肠杆菌突变体（AB2829：EPSPS缺陷型）作为筛选体系以获得具有EPSPS活性且高抗草甘膦的突变基因。最后还将完成突变EPSPS蛋白的生化分析和结构预测工作。
　　5. 对外源基因失活机理的新探索
　　我们认为转录后基因失活（PTGS）的发生与植物以及外源基因的密码子偏爱性有密切的关系。根据大量的文献分析，推测由于特定稀有tRNA的缺乏导致了未成熟转译终止，从而引发了PTGS的发生。我们称之为“未成熟转译终止模型”。为证实该模型，我们引入了经密码子修饰的Bt基因、GFP基因以及PVX病毒的CP蛋白基因。目前上述修饰基因基因通过定点突变获得。相应植物表达载体已经构建完成。通过农杆菌介导，获得了大量转化有不同上述基因的烟草植株。携带有上述基因及其相应野生型基因的病毒表达载体也构建完成。
　　6. 无选择标记基因抗虫转基因水稻的研制
　　本实验室进一步发展了双T－DNA体系，与前人的策略不同，把分别携带选择标记基因和目的基因的两个T－DNA构建在同一个载体上，初步研究结果表明本方法能够较大地提高目的基因和选择标记基因的共整合频率，从而增加在转化植株后代群体中获得无选择标记基因转化体的概率。Cre/loxP系统介导: Cre/loxP系统可以通过位点特异性重组行为剔除转基因植物中的选择标记基因。利用可调控表达的Cre/loxP系统介导的策略，可以一次性将目的基因、选择标记基因和重组酶转入受体植株中，然后在适当的时候利用诱导重组酶的表达，进而去除选择标记基因及重组酶基因本身。

朱立煌 男，荣誉研究员，博士生导师。

1965年毕业于复旦大学生物系遗传专业以来，一直在中国科学院遗传研究所工作。1988年破格晋升为研究员，1996年被国家人事部授予有突出贡献中青年专家称号。1986－1987年比利时根特大学遗传系访问学者，1989— 1992年在美国康乃尔大学植物育种系做客座研究（每年三个月）。曾先后任遗传所学术委员会主任和副所长，中国科学院遗传所、微生物所植物生物技术重点实验室，中国科学院遗传与发育生物学研究所学术委员会主任，植物基因组学国家重点实验室学术委员会主任；也曾任职中国生物工程学会副秘书长，＂遗传学报＂和＂遗传＂两刊主编。2008年3月起任荣誉研究员。


其领导的研究组长期以来一直从事水稻的遗传学和基因组学研究，已在国际SCI刊物上发表论文60篇以上。从2000年起，作为发起人之一与北京基因组研究所等单位一起组织并完成了籼稻93－11基因组的测序，有关论文发表在Science （2002，296：79－92）上，现已成功地克隆了多个水稻重要性状的功能基因。近年来的主要研究领域是与水稻发育和抗病相关的分子遗传学和功能基因组学；通过正向和反向遗传学的途径研究水稻抗病基因的功能及其介导的抗病信号网络，并开展与水稻的花器官分化相关的基因的功能研究。
 

原文摘要：

A transcriptomic analysis of superhybrid rice LYP9 and its parents

By using a whole-genome oligonucleotide microarray, designed based on known and predicted indica rice genes, we investigated transcriptome profiles in developing leaves and panicles of superhybrid rice LYP9 and its parental cultivars 93-11 and PA64s. We detected 22,266 expressed genes out of 36,926 total genes set collectively from 7 tissues, including leaves at seedling and tillering stages, flag leaves at booting, heading, flowering, and filling stages, and panicles at filling stage. Clustering results showed that the F1 hybrid's expression profiles resembled those of its parental lines more than that which lies between the 2 parental lines. Out of the total gene set, 7,078 genes are shared by all sampled tissues and 3,926 genes (10.6% of the total gene set) are differentially expressed genes (DG). As we divided DG into those between the parents (DGPP) and between the hybrid and its parents (DGHP), the comparative results showed that genes in the categories of energy metabolism and transport are enriched in DGHP rather than in DGPP. In addition, we correlated the concurrence of DG and yield-related quantitative trait loci, providing a potential group of heterosis-related genes.