李来庚研究组在水稻半矮秆性状形成机制与抗倒伏育种应用研究方面取得重要进展

2017年12月15日，《Molecular Plant》杂志在线发表中国科学院上海植物生理生态研究所李来庚研究组题为“Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice”研究论文。该研究发现了一个新的特异调控水稻茎秆基部节长度的基因，该基因在培育水稻半矮秆性状，提高抗倒伏能力，增加大面积水稻产量方面显示了重要的应用价值。

倒伏是影响水稻高产稳产的主要限制因素之一。自20世纪60年代以来，以作物矮化育种为标志的“绿色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突变体，培育半矮秆性状，提高作物（水稻）的抗倒伏能力，使水稻产量得到了大面积的显著增加。经过多年研究，虽然在水稻中发现了超过60个基因可以导致半矮秆性状，但这些基因除影响茎秆长度还影响其它农艺性状，难以应用于培育抗倒伏品种。目前，SD1的突变仍然是培育水稻半矮秆性状的主要基因。由于单一的可用基因，抗倒伏性状的分子育种受到了较大限制。

SV14S是一个在水稻育种上被广泛应用的温敏不育系，它的茎秆基部节间显著缩短，显示良好的抗倒伏能力。遗传分析表明该茎秆基部节间缩短是由单一基因控制的半显性遗传性状，该基因命名为Shornted Basal Internodes（SBI）。结合图位克隆和基因组技术，发现SBI编码一个尚未报道的GA2氧化酶，在茎秆基部节间高表达。

酶功能分析证明SBI编码的GA2氧化酶可以将活性赤霉素转化为非活性赤霉素化合物。水稻中SBI存在两个等位变异基因型，导致SBI酶催化活性显著不同。高活性的SBI位点使得水稻茎秆基部节中活性赤霉素含量显著降低，从而抑制基部节间的伸长（如图所示）。体内和体外研究结果证明位于SBI蛋白序列保守区域的第338位氨基酸的差异是影响SBI酶活性的关键位点。通过对大量水稻品种基因分析发现该位点的变化影响水稻品种株高及茎秆基部节间长度。同时，基因演化分析表明SBI等位基因之间的差异很可能来自于不同祖先的野生稻群体。在过去15年左右，利用SBI等位变异培育出了一系列具有合理茎秆节长度结构、高度抗倒伏能力的水稻新品种，这些品种在大面积种植中显示出良好的高产、稳产、广适等特性。

SBI基因的发现为塑造理想的水稻茎秆节长结构和株高表型提供了难得的基因资源，为培育高产稳产的抗倒伏水稻新品种提供了新的有效策略。

该项研究由植生生态所李来庚研究组与湖南亚华种业科学研究院杨远柱团队通过多年合作完成，第一作者为李来庚研究组博士研究生刘畅。该研究得到了中国科学院、科技部以及国家自然科学基金委等项目资助。

全文链接http://www.cell.com/molecular-plant/abstract/S1674-2052(17)30374-X

SBI基因编码GA2氧化酶调控水稻品种株高及茎秆基部节间长度