來自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國家植物基因研究中心的研究人員日前成功克隆出正調(diào)控水稻粒重的數(shù)量性狀基因GS5，并證實(shí)該基因在高產(chǎn)分子育種中具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)研究論文于10月23日在線發(fā)表于*遺傳學(xué)雜志《自然遺傳學(xué)》（Nature Genetics）上。

我國植物遺傳和分子生物學(xué)家，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張啟發(fā)院士及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)何予卿教授為這篇文章的共同通訊作者。*作者是張啟發(fā)與何予卿教授共同指導(dǎo)的博士生李一博。
 

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種子大小是一個(gè)非常重要的產(chǎn)量性狀、外觀品質(zhì)性狀、作物馴化和人工育種的靶性狀。多年來，科學(xué)家們一直致力于尋找控制粒重即種子大小的關(guān)鍵基因，以往已經(jīng)克隆出的GS3、GW2和qSW5粒形基因均與粒形呈負(fù)相關(guān)，即較高的基因表達(dá)水平，種子大小反而隨之下降。
在新研究中，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研究人員克隆并鑒別了的一個(gè)種子大小的正調(diào)控因子GS5。研究人員證實(shí)較高的GS5表達(dá)水平可能參與促進(jìn)細(xì)胞周期循環(huán)，加快細(xì)胞循環(huán)進(jìn)程，從而促進(jìn)水稻穎殼細(xì)胞的橫向分裂，進(jìn)而增大穎殼的寬度，繼而加快谷粒的充實(shí)和胚乳的生長速度，zui終增大種子的大小以及增加谷粒的重量和單株產(chǎn)量。大量的研究表明，在除了谷粒大小目標(biāo)性狀有差異，而遺傳背景*相同的兩個(gè)遺傳材料中，谷粒大的材料比谷粒小者含有較高GS5基因表達(dá)，大粒比小粒寬了8.7%、千粒重增加了7.0%、單株產(chǎn)量提高了7.4％。

隨后他們又對來自亞洲不同地區(qū)的51份水稻品系進(jìn)行GS5啟動(dòng)子比較測序，發(fā)現(xiàn)GS5在自然界主要有3種不同的組合方式，分別是GS5大粒單倍型、GS5中粒單倍型和GS5小粒單倍型，正好對應(yīng)不同品系寬、中等寬和窄粒形等3組不同粒寬的性狀。其中，GS5小粒單倍型是野生型，而GS5大粒單倍型是水稻馴化和育種過程中功能獲得性的突變型。啟動(dòng)子鑲嵌轉(zhuǎn)化分析進(jìn)一步表明，上述突變型的形成，取決于GS5啟動(dòng)子的自然變異。因此，GS5在水稻人工馴化和育種過程中起到了重要作用，并對水稻種子大小的遺傳多樣性貢獻(xiàn)很大。
粒形作為水稻產(chǎn)量和外觀品質(zhì)的重大農(nóng)藝性狀，新研究為作物高產(chǎn)育種提供了具有自主知識產(chǎn)權(quán)和重要應(yīng)用前景的新基因，為闡明作物產(chǎn)量和種子發(fā)育的分子遺傳調(diào)控機(jī)理提出了新見解。

張啟發(fā)院士課題組長期致力于水稻基因組研究，旨在通過植物基因組分析、重要基因的分離克隆、雜種優(yōu)勢的遺傳和分子基礎(chǔ)、作物品種資源的分子評估及應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行水稻改良。其課題組早在1997年就開始了對控制水稻粒形基因的研究，并且在2006年找到了控制水稻粒形的基因GS3。2008年再度發(fā)現(xiàn)并成功克隆的一個(gè)同時(shí)控制水稻株高、抽穗期和每穗粒數(shù)的基因Ghd7。張啟發(fā)院士課題組長期以來對于GS5及以前克隆的Ghd7等一大批基因的研究，為通過生物技術(shù)進(jìn)行改良來提高產(chǎn)量提供了新的可能。 

來源：生物通