5月26日下午，匆匆赶回中国科学院
遗传与发育生物学研究所实验室的中国科学院院士李家洋，顾不上吃晚饭，即向其团队成员布置了一项新的工作内容——立即安排一次国内有关育种专家参加的研讨会，讨论如何将新发现的水稻理想株型基因尽快应用于水稻农业生产，发挥其在培育我国新型高产水稻新品种中的作用。
3天前，国际著名
学术期刊英国《自然—遗传学》杂志和美国《科学》杂志相继报道了由中日科学家共同发现的被称为OsSPL14基因(又称IPA1基因)的重要成果，这是一个影响诸多农艺性状、可有效控制水稻理想株型、进一步提高产量的关键基因。
李家洋的紧密部署让他的团队成员再次感到压力。“李老师的工作总是具有前瞻性的，这是一项一开始就针对水稻生产的基础性研究。”一位团队成员对《科学时报》记者说。
株型是决定作物产量的关键因素，理想的水稻株型应该具有分蘖少、无无效分蘖、穗大粒多、茎秆粗壮等特征。针对这一关键因素，李家洋和他的团队开展了长期的基础研究，而IPA1(Ideal Plant Architecture 1，即理想株型1号)基因的成功克隆，为塑造水稻理想株型的分子育种提供了有重要应用价值的新基因。在水稻的生产方面，早在3年前，李家洋团队的长期合作者、中国农业科学院中国水稻研究所研究员钱前，就开始通过杂交方式将IPA1基因导入主要水稻品种，进行培育新品种的工作，目前已经得到一些很有前途的中间材料。
基因育种引发的绿色革命
回溯水稻育种史，每一次重大突破无不与某个关键基因的发现与大规模应用有关：半矮秆水稻基因的发现，导致了水稻生产上的第一次绿色革命；袁隆平在海南岛发现的一株野败不育水稻，经多年努力，在全国大协作下将三系杂交稻配套成功，再次大幅提升水稻产量。
这次发现的IPA1基因突变后能使水稻植株具有粗秆、抗倒伏、分蘖少等优越性状，更适合未来农业的发展趋势，如能很好地利用，将会大幅度提高水稻产量。“我们通过一定面积的田间比对试验，得出增产10%左右的结果。但这个结果还不精细，如果在种植条件进一步优化的情况下，增产幅度还会提高。”李家洋说。
过去，在基础研究领域，科学家们更多地关注所研究水稻材料的新颖性，对综合性状的聚合、对其应用的关注较少，对水稻理想株型和产量形成的分子调控机制的认识非常有限。然而，株型改良在水稻产量的提高中发挥着重要作用，无论是杂交水稻育种，还是超级稻研究，其核心就在于借助水稻株型的改良来实现水稻单产的跃升。
此前，李家洋课题组通过与钱前的合作，曾发现并克隆了控制水稻分蘖的重要基因。但这个基因却很难用于提高水稻产量，因为它在减少分蘖的同时，也导致了稻穗变小。于是，课题组开始考虑如何获得对产量有综合正效应性状的材料，如穗子大一些、千粒重多一些，更强壮一些(不易倒伏)，但具备上述性状的水稻材料很难在生产中找到，而且这种性状通常是由多个基因控制的。
2003年，他们在田间实验里偶然发现了一个具有理想株型特征的水稻材料，并分离出控制理想株型的主效数量性状基因。该基因的突变能够在生产上得到科学家所梦想的诸多优良性状，因而被命名为“理想株型1号”(即IPA1)。
如果能够把IPA1基因用于我国目前已有的高产水稻品种上，有望使高产水稻更高产。李家洋指出，过去育种学家也可能发现过具有这种理想性状的材料，但由于不清楚其形成的机理，很难应用于高产新品种的培育。现在对该基因的作用机理了解清楚后，就能够对其加以应用，使其在实际生产中发挥作用。
据介绍，近年来我国水稻单位产量提升缓慢，重要原因就在于水稻产量受多基因控制、性状复杂，而传统育种技术难以对水稻产量相关基因进行有效选择和聚合，只有通过分子育种技术加以解决。在目前技术条件下，理想株型水稻有可能达到亩产1000公斤。中国现在的水稻平均亩产为400多公斤，如果产量增加50%将达到亩产近700公斤，中国的粮食问题就能得到有效解决。而要达到这一目标，在发挥常规育种技术的基础上，必须通过现代基因育种技术，把抗病虫、高产、优质、广适、高效等优良性状聚合起来，培育出新的优异品种。而IPA1基因的发现，为这一目标的实现提供了坚实的基础。
虽然IPA1基因具有巨大的应用价值，但广泛应用到生产上还有很长的路要走。如果把该基因导入一个主要的水稻品种中，其增产潜力有多大？不同的水稻品种具有不同的遗传背景，这些背景对该基因优异性状的表现会产生怎样的影响？这些十分实际但又非常关键的问题目前还没有答案。
通常，一个水稻新品种的培育需要5～10年时间，然而在激烈的竞争形势下，各国科学家都在努力缩短育种周期，特别是在发现了一个控制水稻高产基因的时候。因此，对李家洋团队来说，加快众多优良基因的聚合、培育新品种的任务尤为紧迫。
作者：
2010-6-2