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生物通报道：来自中科院遗传与发育生物学研究所，中国农业科学院中国水稻研究所，日本名古屋大学的研究人员成功克隆了一个可帮助水稻增产的关键基因：OsSPL14，这种基因产生变异后可使水稻分蘖数减少，穗粒数和千粒重（以克表示的一千粒种子的重量）增加，同时茎秆变得粗壮，增加了抗倒伏能力。这一研究成果公布在Nature Genetics杂志上。

领导这一研究的是中科院遗传与发育生物学研究所李家洋院士，其早年毕业于安徽农学院，研究方向为高等植物生长发育与代谢的分子遗传学，主要以粮食作物水稻和模式植物拟南芥为材料，研究植物激素（Auxin和Strigolactones）的合成途径与作用机理，并致力于水稻的分子品种设计，培育高产、优质、高抗、高效新品种。

据专家预测，到2050年全球粮食产量需要翻倍才能满足日益增长的人口对粮食的需要。水稻作为世界上一半人口的主食，其增产基因的克隆、功能解析与应用对于解决粮食问题的具有重要意义。理想株型是当前国内外超级稻研究中的一个核心领域，即通过改变水稻在分蘖、茎秆、穗粒等方面的结构特点来提高水稻产量。

在这篇文章中，李家洋院士和中国农业科学院中国水稻研究所钱前研究员，以及日本名古屋大学生物机能开发利用研究中心教授芦苅基行等组成的科研团队经过多年的潜心研究，成功克隆了对水稻株型具有重要调控作用的一系列基因，包括MOC1、LAZY1、SP1等。OsSPL14的克隆和分子机制的阐述是水稻株型研究领域的又一个重要突破。实验数据显示，通过对OsSPL14基因的关键调控位点进行突变，会使水稻分蘖数减少，穗粒数和千粒重增加，同时茎秆变粗，抗倒伏能力增强。将突变后的OsSPL14基因导入常规水稻品种后，可使其产量增加10%以上。OsSPL14为水稻高产育种提供了重要的功能基因，具有广泛的应用前景。

早在2003年，李家洋和钱前等人就对“水稻分蘖”进行了深入的分子遗传学研究，不仅发现了控制水稻“分蘖”的基因，而且成功分离和克隆了这一基因，从而在水稻分蘖分子调控机理方面取得突破性进展，在揭示水稻高产的分子奥秘上迈出重要一步。有关论文发表在英国Nature杂志上。2005年，中国水稻研究所科学家和日本科学家一起将基因分析技术与传统作物种植方法相结合，培育出了改良稻米品种，其产量得到大幅提高，而且具备抗倒伏等优良特性。有关成果发表在美国Science杂志上。

去年，研究人员还利用候选基因关联分析法和分子遗传学发现了18个与稻米淀粉合成相关基因的相互作用，以及由此构成的调控稻米食用和蒸煮品质的精细网络，从而在分子水平上揭示了直链淀粉含量（AC）、胶稠度（GC）与糊化温度（GT）的相关性、决定这3个性状的主效基因和微效基因及它们之间的作用关系。

通常产量要提高数个百分点已属不易，但是在试验中却增加了四成左右。据介绍，在同属水稻科的谷类中，该发现还同样适用于染色体组构造与水稻相似的玉米和麦子。 研究小组将日本国内普遍使用的“日本晴”和大米高产品种“ST-12”进行杂交，得到约4000株水稻。通过调查染色体排列，发现12根染色体中，第8染色体上有增加抽穗数量的遗传基因。 “日本晴”品种每株平均产米量为2200粒，植入该遗传基因后的“日本晴”的抽穗数量增加，产量达到约3100粒。

基因育种是目前国际上普遍采用的新技术，有关专家指出多年来，中国作物育种学家通过常规育种技术培育水稻品种，特别是杂交稻组合成果显著。但近年来水稻产量却徘徊不前，原因之一是水稻产量受多基因控制、性状复杂，且受环境影响较大，因此传统育种技术难以对水稻产量相关基因进行有效选择和聚合。而通过基因育种技术，可以在传统技术的基础上提高育种水平，使新的品种增加一些传统育种技术解决不了的性状。

这项研究从中突破，发现了可帮助水稻增产的关键基因，这种基因产生变异后可使水稻分蘖数减少，穗粒数和千粒重（以克表示的一千粒种子的重量）增加，同时茎秆变得粗壮，增加了抗倒伏能力。这是中国科学家在水稻基因育种方面取得的又一个重要进展。

Science杂志ScienceNOW专栏对该项研究给予了高度评价，国际水稻研究所的水稻遗传学家Hei Leung认为“这是阐述产量性状遗传调控的出色研究”，并建议可将该基因进一步导入各种栽培稻品种中，在不同环境条件下开发其增产潜力。

而Nature出版集团在23日的新闻通报中也评价说，到2050年全球粮食产量需要翻倍才能满足日益增长的人口对粮食的需要，而中国科学家对水稻增产基因的确认和利用将成为解决粮食问题的重要途径。

（生物通：万纹）

原文摘要:

Regulation of OsSPL14 by OsmiR156 defines ideal plant architecture in rice

Increasing crop yield is a major challenge for modern agriculture. The development of new plant types, which is known as ideal plant architecture (IPA), has been proposed as a means to enhance rice yield potential over that of existing high-yield varieties1, 2. Here, we report the cloning and characterization of a semidominant quantitative trait locus, IPA1 (Ideal Plant Architecture 1), which profoundly changes rice plant architecture and substantially enhances rice grain yield. The IPA1 quantitative trait locus encodes OsSPL14 (SOUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE 14) and is regulated by microRNA (miRNA) OsmiR156 in vivo. We demonstrate that a point mutation in OsSPL14 perturbs OsmiR156-directed regulation of OsSPL14, generating an 'ideal' rice plant with a reduced tiller number, increased lodging resistance and enhanced grain yield. Our study suggests that OsSPL14 may help improve rice grain yield by facilitating the breeding of new elite rice varieties.

作者简介：

李家洋

1982年初获安徽农学院学士学位，1984年获中国科学院遗传研究所硕士学位，1991年获美国布兰代斯大学博士学位，同年进入美国康乃尔大学汤普逊植物研究所从事博士后研究，1994年回中国科学院遗传研究所工作。该研究组的研究方向为高等植物生长发育与代谢的分子遗传学，主要以粮食作物水稻和模式植物拟南芥为材料，研究植物激素（Auxin和Strigolactones）的合成途径与作用机理，并致力于水稻的分子品种设计，培育高产、优质、高抗、高效新品种。具体研究内容包括：

1．高等植物株型研究

高等植物株型形成是一个基本的但却是十分复杂的生物学问题，涉及到植物特定器官的形成与发育、生长调节物质的合成与作用机理、基础代谢产物的合成与利用等方面。通过对侧芽形成与伸长突变体的分子遗传学分析，重点阐明侧生分生组织形成的起始信号、侧芽形成的信号转导途径、植物激素对侧芽伸长生长的调控机理、侧芽休眠与生长的分子调控机理；利用分子生物学方法研究植物生长素等植物激素的代谢和分子调控机理及其在植物株型形成中的作用；利用水稻和拟南芥株型突变体，鉴定和克隆调控株型形成的基因，阐明株型形成的分子调控网络。

2. 水稻稻米品质研究

稻米蒸煮品质主要取决于其直链淀粉含量（AC）、胶稠度（GC）与糊化温度（GT）的高低，而它们均受到淀粉合成的影响。该研究组利用关联分析、图位克隆以及转基因等方法对稻米淀粉合成途径进行系统性研究，阐明影响稻米蒸煮品质的分子调控网络。此外，秈稻米在贮存过程中发生褐变，品质降低，这一重要性状主要受水稻酚反应基因控制。对酚反应基因功能的系统深入研究，将有助于培育耐贮存的秈稻新品种。