2023-06-19 09:43:44
近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院劉向東/王蘭團(tuán)隊(duì)在水稻粒型研究方面取得新進(jìn)展，在中科院一區(qū)TOP期刊Plant Physiology （影響因子8.005）發(fā)表了題為“Natural Allelic Variation in GRAIN SIZE AND WEIGHT 3 of Wild Rice Regulates the Grain Size and Weight”的研究論文。
粒型是決定水稻產(chǎn)量的重要因素之一，水稻粒型由粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚等組成，增加粒長(zhǎng)或粒寬能顯著增加稻谷的粒重。另外，長(zhǎng)寬比是稻米品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。訖今，國(guó)內(nèi)外已克隆了許多調(diào)控水稻粒型的基因，為水稻品質(zhì)育種提供重要的基因資源，但從野生稻資源中克隆粒型的基因還不多。
本研究描述了一個(gè)來源于普通野生稻的自然變異等位基因GSW3的功能。GSW3在兩定位親本Huaye3（華野3號(hào)，來源于廣東遂溪普通野生稻）與KJ01（福建農(nóng)林大學(xué)梁康逕研究員提供的特長(zhǎng)粒水稻品系）的基因組之間存在12個(gè)SNPs和1個(gè)232bp的大片段插入，且插入片段出現(xiàn)一個(gè)終止密碼，導(dǎo)致Huaye3的GSW3提前終止，產(chǎn)生一條短的多肽，成為功能基因。GSW3編碼一種GTPase調(diào)節(jié)蛋白，但沒有典型的保守結(jié)構(gòu)域，為一種非典型G蛋白，定位在細(xì)胞核。GSW3Huaye3的敲除突變體能明顯增加籽粒的長(zhǎng)度和寬度。其中KO-1和KO-2敲除突變體的粒長(zhǎng)分別增加20.16%和14.05%，粒寬分別增加6.7%和4.6%，導(dǎo)致千粒重分別增加69.01%和52.64%，單株產(chǎn)量分別增加167.67%和 38.07%（圖1）。GSW3負(fù)調(diào)控水稻的粒型，增產(chǎn)效果明顯，在生產(chǎn)上具有很大的應(yīng)用潛力，研究結(jié)果為水稻粒型高產(chǎn)和品質(zhì)育種提供理論指導(dǎo)與育種材料。
圖1 GSW3突變體的株型、粒型等表型及其RNA表達(dá)量分析。注：A. 敲除突變體的株型分析；B. 敲除突變體、過量表達(dá)突變體及互補(bǔ)轉(zhuǎn)化體的粒長(zhǎng)、粒寬分析；C. 敲除突變體的單株產(chǎn)量分析；D. 敲除突變體和過量表達(dá)突變體的RNA表達(dá)水平分析；E. 互補(bǔ)轉(zhuǎn)化體的表型及RNA表達(dá)量分析。
農(nóng)學(xué)院碩士畢業(yè)生白馮為本文第一作者，在讀碩士研究生馬卉錦為本文并列第一作者。劉向東教授和王蘭副教授為本文共同通訊作者，本研究得到嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題（NT2021001）、廣東省自然科學(xué)基金（2019A1515011826）和廣東省普通高校重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)（2020ZDZX1038）的資助。
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