水稻产量调控“密码”破解

科技日报讯 （记者王怡 谢开飞 通讯员黄献光）武汉大学李绍清、福建农业科学院赵明富、中科院遗传与发育生物学研究所储成才和李云海以及中国农业科学院朱旭东等科学家分别组成的三个科研团队，近日发现了一种调节水稻籽粒大小和产量的新分子模块。三个科研团队的三篇独立论文于12月22日在线发表在本周《自然•植物》学术期刊上。

根据研究成果显示，三个研究团队采用了不同的方法来使生长调节因子受到了小核糖核酸分子miR396的抑制，而这两者在一起控制了水稻籽粒的大小和数量，这表明它们可能是未来显著提高作物产量的关键。

通常增加水稻产量的方法有两种：一是增加植物上花或者是穗的数量，从而增加籽粒的数量；二是增加每粒水稻的大小。李绍清和他的研究团队发现在杂交水稻中miR396的表达被抑制，进而使其于生长因子六（GRF6）的表达激活了一种植物激素的生物合成与信号传递促进水稻穗的形成。

在另外两个科研团队的研究中，科研人员发现了两种形式的生长因子四（GRF4）都能显著增加籽粒重量。他们发现这两种形式的生长因子四都包含突变，这些突变让它们对于miR396的抑制不敏感。储成才及其研究团队发现生长因子四的表达增加会激活另一种类型的植物激素反应，从而进一步增强籽粒的发育和增加籽粒的大小。李云海及其研究团队发现生长因子四也通过和转录共激活因子（帮助激活基因表达的蛋白质）的互动增加籽粒的大小和重量。

三个研究团队都找到miR396和生长因子的模块通过多个分子通路调控谷物产量。研究人员表示，虽然生长因子六与生长因子四都受到miR396的调控，但这两者增加谷物产量的方式不同，这将有助于指导未来选育水稻高产品种。

赵明富介绍说，水稻产量由分蘖数、穗粒数和粒重三要素所决定。然而在实际育种工作中，这三者间却存在非常强的负相关。也就是说，当某一个要素增加时，另外两种成份就会呈现减少现象，这也是水稻育种面临的一大难题。研究团队通过生理生化、遗传学等手段，详细研究了GL2调控水稻籽粒大小的分子机制，发现了重要植物激素——油菜素内酯调控籽粒大小的特异性分支途径，诠释了调控水稻籽粒大小的分子机制，突破了决定水稻产量三要素（粒重、分蘖数、穗粒数）同时具有正向效应的育种难题，为水稻高产育种，提供了非常难得的育种材料和基因资源。若这项成果得到大面积转化应用，按照小区增产平均值11％来推算，预计每年的增产潜力将使我国水稻增产2300万吨，全球水稻增产8074万吨。