復粒稻是一種獨特的水稻種質資源，與普通水稻穗子上種子粒粒分明不同，它結出的種子可以三粒長在一簇上，因此又被稱為“三粒奇”，但這“三粒一簇”特性的機制一直未被破解。近日，中國農業(yè)科學院作物科學研究所童紅寧團隊聯(lián)合福建省農業(yè)科學院水稻研究所、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所，從基因層面揭示了復粒稻“三粒一簇”的遺傳機制，為培育高產水稻新品種提供了理論基礎和新途徑。相關研究成果于北京時間3月8日發(fā)表在國際期刊《科學》上。

中國農科院作物科學研究所研究員童紅寧介紹，水稻是我國主要糧食作物，也是全球超過一半人口的主糧，隨著全球人口的增長和人均耕地面積的不斷減少，提高水稻單產對保障全球糧食安全具有重要意義。單產的突破很大程度上依賴于水稻種質資源中重大基因的發(fā)掘利用。其中，提高每畝水稻的穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重是關鍵。因此，自20世紀30年代起，國際遺傳學界就開始關注復粒稻“三粒一簇”現(xiàn)象，但始終未能從基因層面根本破解其機理。

童紅寧團隊長期從事植物激素調節(jié)水稻生長發(fā)育的研究，在此項研究中，該團隊通過創(chuàng)制大量復粒稻的衍生突變體，最終發(fā)現(xiàn)并克隆了控制復粒稻“三粒一簇”現(xiàn)象的關鍵基因BRD3。該基因編碼的蛋白質可以降解一種被稱為“油菜素甾醇”的激素。實驗證明，正是在BRD3的作用下，“油菜素甾醇”這種激素的含量降低，導致復粒稻稻穗的二級枝梗增多，使得“三粒一簇”現(xiàn)象出現(xiàn)。通過進一步研究，團隊明確了“油菜素甾醇”的作用機理，并發(fā)現(xiàn)復粒稻中由于激素被精準調控，穗粒數(shù)得以增加，但沒有其他常見的激素負面影響，如粒重就不受影響。

中國科學院院士李家洋評價，一般來說，水稻穗粒數(shù)越多，粒重就越小，二者常常呈負相關，此項研究成果在一定程度上破解了兩者之間的負相關平衡關系，是一種極有潛力的分子設計育種策略。