中国科学家分离出控制水稻产量的单基因

        华中农业大学张启发院士领衔的研究团队经过１０多年的研究，首次发现并成功克隆的一个同时控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的基因，命名为Ｇｈｄ７。５日该研究团队的研究论文在国际著名科研杂志《自然－遗传学》上发表。  

        研究人员能够确认一个单基因Ｇｈｄ７可以决定水稻的株高、抽穗期和每穗粒数的三个特征。之前的研究确定了可能决定水稻以上特征的７号染色体区域，但是不能精确到任何特定基因。  

        据张启发院士介绍，以往认为需要改变许多基因才能够增加水稻产量，现在我们只需要控制一个单基因就能够提高产量。科研团队还在水稻第７染色体着丝粒区附近，利用图位克隆技术分离到了这个基因。  

        研究验证，目前高产量水稻品种中大都含有Ｇｈｄ７基因。野生型Ｇｈｄ７基因可使抽穗期大大延迟，株高和每穗粒数显著增加。在武汉夏天的条件下，含有野生型　Ｇｈｄ７基因的近等基因系较轮回亲本珍汕９７抽穗晚２３天，株高增加了３０厘米，穗粒数增加一倍，且茎秆粗壮抗倒，单株产量可提高５０％。将野生型Ｇｈｄ７基因通过生物技术转移到一些小穗、早抽穗品种中，可使这些品种的每穗粒数成倍增加，同时伴随植株增高，抽穗期延迟。  

        研究结果还表明，该基因与水稻品种的生态地理适应性有密切的关系。在低纬度地区，野生型Ｇｈｄ７基因可使水稻品种充分利用光温条件，大穗高产。  

        张启发院士表示，高产稳产历来是作物科学研究追求的最终目标之一，影响水稻单位面积产量的因素包括每穗颖花数、有效穗数、千粒重和结实率等，生育期则决定水稻品种的季节和地区适应性，是影响稳产的主要因素。水稻Ｇｈｄ７基因的成功克隆，大大地增进了对复杂数量性状的遗传和分子基础的认识。在学术研究上，也对传统遗传学中罕有的一因多效是个很好的例证。  

        Ｇｈｄ７基因的成功分离，说明对于诸如产量这样复杂的数量性状，也可同质量性状一样，通过生物技术进行改良。该基因的有关信息，可被直接用于从水稻品种遗传资源中发掘对提高产量和生态适应性有重要意义的优良基因，进行作物品种的遗传改良。由于指向性的明确，Ｇｈｄ７基因的成功分离也可大大缩短高产水稻品种的筛选时间，由以往的１０年左右，缩短到５年。  

        英国著名杂志《Ｎａｔｕｒｅ》是世界上最早的国际性科技期刊，自１８６９年创刊以来，始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破。《自然－遗传学》是自然系列杂志之一，由英国Ｎａｔｕｒｅ出版集团发行，每月一期，刊发遗传学领域最重要的新成果和最高水平的学术论文。



        北京时间5日凌晨1时，《自然—遗传学》网络版发表了中科院院士、华中农业大学教授张启发团队的研究论文，报道了他们首次发现并成功克隆的一个同时控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的QTL（quantitativetraitlocus，数量性状位点）基因，该基因被命名为Ghd7。  

　　据文章并列第一作者刑永忠教授介绍，上世纪90年代中期，他们通过QTL分析，在水稻第7染色体着丝粒区附近定位了一个具多效性的QTL。15年来，他们反复证明了这一结果，并对这个基因区间构建了多对近等基因。在此基础上利用图位克隆技术分离到了这个基因。研究结果表明，野生型Ghd7等位基因可使抽穗期大大延长，株高和每穗粒数显著增加。在武汉夏天气候下，含有野生型Ghd7等位基因的近等基因系较轮回亲本珍汕97抽穗晚23天，株高增加30厘米，穗粒数增加一倍，且茎秆粗壮抗倒，单株产量可提高50%%，近等基因系间同时还伴随着一系列性状变化。  

    　研究还表明，该基因与水稻品种的生态地理适应性有密切关系，热带亚热带地区的高产品种、杂交稻、野生稻都含有野生型Ghd7等位基因，而该基因功能的丧失或突变，则允许水稻在生长期较短的高纬度地区种植。因此，该基因对水稻增产和生态适应性发挥了关键作用。  

　　张启发说，在理论上，这一研究证明，植物的数量性状可由主效基因控制；为理论界早先提出的一因多效（一个基因对植物性状具有多重作用）找到了一个很好的例子；为研究一个基因何以控制多个性状提供了难得的机会；人们可以利用这一基因通过生物改良技术来提高水稻产量。他谨慎地表示，是否可以利用该基因改良其他作物，可能具有探讨价值。



        华中农业大学张启发院士的研究团队分离出了一个可控制水稻产量的单基因，它可同时控制水稻的三个性状，即株高、抽穗期和每穗粒数。

　　这一成果昨在《自然－遗传学》网络版上发表。该杂志是世界著名科学杂志《自然》系列杂志之一。

　　从1992年起，该校前后有近20位教授和博士生投入该项研究，15年连续攻关于去年最终完成。邢永忠教授和博士生薛为亚为论文第一作者，张启发为通讯作者。

　　虽不知该基因在水稻高产中发挥作用，但它已被广大育种科学家不自觉地在运用。邢永忠介绍，找到该基因，将可定向、有效地进行水稻等农作物的高产育种，育种周期可比常规育种缩短一半时间，将来大约只需5年。

　　对亚洲19个水稻品种进行研究后，该团队发现株高较矮，每束花结果较少并且开花较早的水稻缺乏基因Ghd7。当注入该基因后，他们发现产量大幅提高，开花时间推迟了一倍，株高增加了67%。

　　据他们介绍，找到该基因，全球范围内提高农作物产量有可能迈出关键一步。因为利用传统的育种方法，过去20多来年水稻产量一直徘徊不前，似乎已达到一个极限。

　　经典的遗传学理论认为，包括水稻在内的作物产量由大量基因控制。张启发介绍，现在只需控制一个单基因就可实现。