科學家找到調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽的“開關(guān)”

新華社北京12月6日電(記者張泉)農(nóng)作物在種子成熟期，如遇連陰雨不能及時收獲，常會出現(xiàn)部分籽粒在穗上發(fā)芽的現(xiàn)象。穗發(fā)芽嚴重影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。我國科學家日前找到了調(diào)控水稻、小麥穗發(fā)芽問題的一對“開關(guān)”，有望為避免穗發(fā)芽導致的大規(guī)模農(nóng)業(yè)損失提供解決方案。

該研究由中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所儲成才研究員團隊和高彩霞研究員團隊完成，相關(guān)成果6日在國際學術(shù)期刊《自然·遺傳學》在線發(fā)表。

水稻穗發(fā)芽現(xiàn)象(2020年圖片)。(中科院遺傳發(fā)育所供圖)

“種子休眠是指種子在適合它生長的條件下仍不能發(fā)芽的現(xiàn)象。然而，作物馴化過程中，由于更多考慮高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲等性狀，常常忽視了對種子適度休眠性狀的保留，從而導致很多作物如水稻、小麥會發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象。”儲成才介紹，找到作物控制種子休眠的關(guān)鍵基因，闡明種子休眠調(diào)控的分子生理機制，對避免穗發(fā)芽災害至關(guān)重要。

然而，種子休眠是一個極其復雜的農(nóng)藝性狀，受到大量基因位點的調(diào)控，因此，克隆調(diào)控種子休眠基因一直以來面臨諸多瓶頸。

儲成才團隊通過利用強休眠的水稻品種“卡薩拉斯”和弱休眠水稻品種“日本晴”構(gòu)建染色體單片段代換系，成功從強休眠水稻品種中克隆到一個控制水稻種子休眠的關(guān)鍵基因SD6，并證實了SD6負調(diào)控水稻種子休眠。通過篩選SD6互作蛋白，團隊發(fā)現(xiàn)了另一水稻轉(zhuǎn)錄因子ICE2，且ICE2正調(diào)控種子休眠。

儲成才團隊通過基因編輯技術(shù)對水稻易穗發(fā)芽品種“天隆619”“武運粳27號”以及“淮稻5號”中的SD6基因進行改良，發(fā)現(xiàn)改良的水稻材料在收獲期遭遇連綿陰雨天氣，其穗發(fā)芽情況顯著改善。

高彩霞團隊對小麥品種“科農(nóng)199”的TaSD6基因進行了改良，也大大提高了小麥穗發(fā)芽抗性。

SD6/ICE2分子模塊作用模型及應用。a圖為SD6/ICE2分子模塊作用模型示意圖;b圖為改良前后水稻品種穗發(fā)芽情況;c圖為改良前后小麥品種穗發(fā)芽情況。(中科院遺傳發(fā)育所供圖)

“這些研究成果表明，SD6在水稻、小麥穗發(fā)芽抗性育種改良中具有重要應用價值。SD6和ICE2兩個基因有望在解決穗發(fā)芽問題、降低農(nóng)業(yè)損失中發(fā)揮重要作用。”高彩霞說。