我国水稻产量相关功能基因研究取得重大进展

我所林鸿宣研究员领导的研究组，在水稻产量相关功能基因研究上取得突破性进展，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因GW2，并深入阐明了该基因的生物学功能和作用机理，显示该基因在高产分子育种中具有应用前景。相关论文已于四月八日在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然-遗传学》(Nature Genetics)。这是该研究组继克隆水稻耐盐功能基因SKC1之后，两年内第二次问鼎该杂志。

我国人口不断增加，可耕土地逐渐减少，粮食安全成为一个突出问题，提高水稻等主要粮食作物的单位面积产量是解决这一问题的重要途径，遗传改良或基因工程是提高作物产量的最有效手段之一。寻找与高产相关的功能基因对水稻高产育种具有重要的理论意义和应用价值。粒重是决定水稻产量的要素之一，它是由多个基因控制的复杂数量性状，其分子遗传调控机理还不清楚。

林鸿宣研究员指导博士生宋献军和黄巍等经过多年的潜心研究，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因GW2。翔实的实验结果表明，GW2作为一个新的E3泛素连接酶可能参与降解促进细胞分裂的蛋白，从而调控水稻颖壳大小、控制粒重以及产量；当GW2的功能缺失或降低时，该基因降解可能与细胞分裂相关蛋白的能力下降，从而加快细胞分裂，增加谷粒颖壳的细胞数目，进而显著增加水稻谷粒的宽度、加快籽粒灌浆速度、增加粒重以及产量。通过分子标记选择方法将大粒品种的GW2基因导入小粒品种中培育成新株系。与小粒品种相比，该新株系虽然每穗粒数有所减少，但由于粒重的明显增加，单株产量依然显著增加，显示该基因在高产育种中具有利用价值。然而其在小区(多个小区)试验中的增产效果依然有待于进一步考察和验证。该研究成果为作物高产育种提供了具有自主知识产权和重要应用前景的新基因，为阐明作物产量和种子发育的分子遗传调控机理提出了新见解。

《自然-遗传学》杂志三位评审人对该项研究一致给予高度评价：“我们现在可以通过控制GW2的功能得到合适大小的水稻谷粒，在这一点上我相信这是一项在水稻产量育种史上有重要意义的工作”；“有关该基因定位克隆、序列分析和转基因表型鉴定以及E3泛素连接酶的功能实验是令人信服的”；“这是一篇将引起遗传工作者极大兴趣的力作，该论文通过大量而深入的实验包括基因定位克隆、基因结构分析、功能和表型鉴定等证明该基因控制水稻谷粒大小，为作物种子的遗传调控机理研究提出了有价值的见解”。

该研究得到国家科技部“十一五”863项目和上海市科学技术委员会等的资助。