水稻籽粒是否饱满，“体型”是否挺拔，直接决定粮食产量。上海科学家最近连续发现了两根具有自主知识产权的“基因指挥棒”，可驯化改良“瘦弱”水稻，达到增产增收目的。中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所昨天宣布，这两项前沿成果已同时在线发表于国际著名
学术期刊《自然·
遗传学》，本月底将正式印刷出版。
水稻发育过程中，白米似浆，灌入谷壳。但因技术局限，育种专家一直无法直接控制籽粒灌浆的性状及其相关基因。中科院上海生科院植物生理生态所何祖华研究员领衔的研究组，与国内外科学家合作攻关，最终成功分离出一种关键的功能基因———GIF1，它在水稻籽粒发育时，控制着蔗糖运输卸载和灌浆。
研究表明，GIF1基因在水稻驯化中起重要作用。人类祖先有意识地从野生稻资源中选择灌浆好、籽粒饱满的水稻类型，从而积累了优良基因，形成了现代的水稻作物形式。遗传学证明这是人工长期选择的结果，所以现代栽培稻的GIF1基因有严格的组织表达特异性，有利于籽粒灌浆，提高水稻产量；野生稻的基因表达部位则不同，不利于灌浆而低产。更重要的是，当把栽培稻种的GIF1基因再次转入水稻植株，同样能显著提升籽粒灌浆和千粒重。这首次证明：一个已经驯化的作物基因通过适当的基因表达调控，可继续改良作物的经济性状。
与水稻产量密切相关的还有株型和分蘖，这好比水稻的“身形”和“分枝”。栽培稻的祖先是普通野生稻，其株型特征是匍匐生长和分蘖过多，不利于密植高产栽培。古代人类对野生稻的这种不利株型进行长期选择，逐步将其驯化成直立生长和分蘖适当的栽培稻株型。但该株型驯化转变的分子遗传机理，此前尚未明确。
中科院上海生科院植物生理生态所林鸿宣研究员带领研究组经多年研究，从“海南普通野生稻”中成功克隆了控制水稻株型的关键基因PROG1。通过实验对比，在海南野生稻与栽培稻之间，该基因有一处变异，可引起氨基酸替换。科研人员经验证推定，正是该氨基酸的小小替换，在水稻人工驯化中被选择和固定，逐步导致野生稻的不利株型转变为栽培稻的理想株型。这一遗传机理为作物人工驯化提供了重要的分子证据，也为高产株型分子育种提供了有价值的线索。
上海交大生命科学技术学院张大兵教授：同一国际学术期刊在同期发表同一单位
论文非常难得，可见我国在水稻功能基因研究领域处于世界先进行列，这些研究成果为作物高产分子育种提供了自主知识产权的新基因。
都说生物进化是自然选择的结果，而在我们栽培的农作物身上却分明“刻”上了人工驯化留下的基因“烙印”。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所昨天宣布：该所科学家通过野生稻与栽培稻的对比研究，发现了控制水稻籽粒灌浆和株型的两个功能基因。有趣的是，人工驯化导致的基因变异明显有利于提高产量。
每粒稻谷的“体重”是决定水稻产量的要素之一。为什么有些品种结出的稻粒颗颗饱满，而有些却瘪粒无数？科学家怀疑，一定是水稻内部的“淀粉加工厂”出了错。通过对大量水稻资源的深入研究，植生所何祖华研究员带领的课题组成功擒获了淀粉厂“厂长”——GIF1基因，并顺藤摸瓜式地追溯到其几千年前的“前任”。
原来，在距今约6000至8000年前，人类祖先开始有意识地从野生稻中选择籽粒饱满的水稻类型。经过日积月累的不断驯化，终于使GIF1这位“厂长”一任比一任专业，“淀粉加工厂”的灌浆能力逐代提高，直至成为现代栽培稻中的一种“优良传统”。研究表明，现代GIF1“厂长”成功的关键在于“站位”，一旦站错了位，“淀粉厂”的生产效率就要大打折扣。
发现奥秘后，研究人员将精明能干的现代GIF1“厂长”“委派”到一个水稻品种中，结果发现，在结实率不变的情况下，该品种的平均粒重提高了10%-15%。该实验表明，一个经过人工驯化的基因依然可以通过转基因的方式改良农作物的经济性状。
同样，水稻的产量也与其株型密切相关。该所林鸿宣研究员领导的课题组经过多年潜心研究，从海南普通野生稻中成功克隆了控制水稻株型和分蘖的基因PROG1。从原始状态下杂乱无章的“花洒”式生长，到现今农业生产中“腰板”直立的密植高产栽培，水稻株型的散与立，直接取决于PROG1中的一个碱基变异，而这小小的变异可能是在长期的人工选择驯化中发生。这一发现无疑为高产水稻株型的分子育种提供了有价值的新线索。
上月底，这两篇论文同时在线发表于国际权威杂志《自然·遗传学》上。一系列成果表明，上海在水稻功能基因研究领域处于国际前沿，并为作物高产分子育种提供了具有自主知识产权的新基因。
作者：
2008-10-9