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我科学家发现水稻高产关键基因

发布日期:2022-07-24 15:53    点击次数:80

我科学家发现水稻高产关键基因

水稻能既高产又省肥,还早熟吗?近日,中国农业科学院作物科学研究所周文彬团队领衔,在水稻基因组中发现了一个关键基因OsDREB1C。田间试验显示,这一基因不仅可以将水稻产量提高三成以上,同时可提高对土壤中氮素的利用效率,并使水稻提前抽穗早熟,从而实现“一箭三雕”的调控功能。

这一发现为培育更为高产、氮素高效利用和早熟的水稻品种提供了重要的基因资源,也为其他作物实现高产和资源高效利用提供了潜在解决方案。相关论文于22日在线发表在国际学术期刊《科学》上。

中国农业科学院作物科学研究所研究员周文彬介绍,当前全球粮食安全问题日趋严峻,在有限的耕地面积下,不断提高作物单产是解决问题的重要途径。研究表明,作物的光合作用和氮素吸收利用对提高作物产量至关重要。然而,过量施用化肥也会带来资源浪费、环境污染等问题。因此,在作物大幅增产的同时实现氮素的高效利用,是当前国际农业科研的难点和热点。此外,在农业生产中长期存在着“高产不早熟,早熟不高产”的矛盾,若能实现作物早熟,也有利于后续其他农作物的连作,提高种植效率。

本次研究中,研究团队历时7年,经过实验发现,基因OsDREB1C在水稻中犹如一个“分子开关”,可以显著提高水稻的光合作用和氮素利用效率,同时调控水稻开花时间,提前抽穗。进一步的田间试验证明,在水稻品种中增强表达这种基因,可使水稻产量提高30%以上,氮素利用效率提高25%以上,水稻抽穗期明显缩短。《科学》评审意见认为:“该研究的增产效果是了不起的、激动人心的并具有潜在影响力的,如果将其应用到实际农业生产中,必将进一步推动水稻的可持续集约化生产。”

近代以来,水稻产量的两次突破均依赖于水稻半矮秆基因和野生稻雄性不育基因等重大基因的发现。中国科学院院士钱前认为,能够同时调控高产、减氮和早熟的基因少见,本次研究能够从海量基因中发现这一关键基因,是原创性的重大理论突破,未来有赖于进一步的生产试验和育种工作,将其尽快应用于生产实际。

本次发现的关键基因不只限于水稻内,还广泛存在于玉米、小麦等作物基因组中。中国工程院院士万建民指出,这一成果为农作物品种改良提供了有潜在价值的重要基因,下一步还需要育种家来进一步证实、完善。

中国农业科学院作物科学研究所、中国水稻研究所、深圳农业基因组研究所、上海师范大学、北京大学、中科院上海植物生理生态研究所以及德国马普分子植物生理研究所等7家单位共同参与了本次研究。(记者杨舒)