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《中国科学院稻米新品种努力破解“优质稻不高产”难题》

  • 来源专题：中国科学院亮点监测
  • 编译者： liuzh
  • 发布时间：2018-12-12

  • 　　日前，由安徽省种子管理总站、安徽省农技推广总站以及安徽农业大学相关专家组成的专家组，对中国科学院合肥物质科学研究院技术生物所培育的稻米新品种“科辐粳9号”现场测产，在稻虾共养的生态模式下实收亩产569.4公斤，努力破解“优质稻不高产”的农业传统难题。

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  • 《中国育成高产高抗水稻新品系》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2019-12-11
    • 新华社南京4月1日电(记者陈席元、眭黎曦)记者1日从南京农业大学获悉，该校杨东雷实验室利用高产基因IPA1提高了水稻对白叶枯病的抗性，培育出既高产又具高抗病性的水稻新品系。相关研究成果近日发表在国际知名学术期刊《自然·植物》上。 “植物抵抗病菌是一个消耗能量的过程，所以有强抗病力的作物往往产量不高，而高产的品种又容易染病。”杨东雷教授说，抗病与高产通常是一对矛盾，就像鱼与熊掌不可兼得，同时达到高产和高抗一直是作物育种的一大挑战。为解决这个问题，科研团队尝试在高产基因中寻找抗病基因。 2010年，中国科学院院士李家洋在国际上首先发现水稻理想株型基因IPA1，作为水稻miRNA156的靶基因，IPA1能够参与调控水稻多个生长发育过程，适度上调IPA1的基因表达可以减少水稻的无效分蘖，增加穗的分支，增强秸秆强度，从而提高单位面积的产量。 杨东雷团队的研究人员发现，当白叶枯病菌侵染水稻时，miRNA156与IPA1等靶基因的表达水平会发生改变。如果下调miRNA156或者增加IPA1的表达，水稻对白叶枯病的抗性虽然会得到大幅增强，但这些水稻分蘖大量减少，穗子变小，育性降低，产量会大幅下降。 为了获得高抗与高产兼具的水稻品种，研究人员给水稻安装了一种“报警器”，一旦有白叶枯病菌入侵，IPA1就会增加表达，经过测试，研究团队将最终培育出的水稻命名为HIP。 后续研究显示，当没有病原菌侵染时，HIP水稻植株的IPA1表达量会微量上调，表现出少蘖、大穗、茎粗等性状，产量得到了提高；当白叶枯病菌侵染时，IPA1就会大量表达，为植株补充“抗体”，增强植株的抗病性。 “更重要的是，我们发现，在白叶枯病侵染时，HIP水稻仍然能够保持高产。”杨东雷说，该研究发现了miRNA156与IPA1这一对控制水稻生长与抗病的因子，阐明了IPA1抗病的分子机制，研究团队也据此培育出高抗高产的水稻新品系。
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  • 《科学家破解水稻杂种优势基因》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2019-12-13
    • 7月5日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌研究组与上海师范大学黄学辉研究组、中国水稻所和福建农科院合作在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上发表了题为Dissecting a heterotic gene through GradedPool-Seq mapping informs a rice-improvement strategy 的研究论文。该研究开发了一种新的数量性状（QTL）定位方法，并快速克隆到水稻产量性状杂种优势基因GW3p6（OsMADS1），为杂种优势育种和品种改良提供了新的策略。 杂种优势育种极大地提高了粮食产量，为解决粮食危机做出了巨大贡献。该研究组之前的工作已经揭示了水稻产量相关的杂种优势遗传机制：杂种优势的遗传机制不是由于双亲基因“杂”产生的超显性互作效应，而是主要基于双亲优良基因以显性和不完全显性的聚合效应。然而，与水稻产量杂种优势相关的优良基因所知甚少，之前尚没有水稻杂种优势基因（Heterotic gene）或QTL被克隆，其中一部分原因就是克隆杂种优势基因非常耗时耗力。 韩斌研究组以此为出发点，开发了一套新的数量性状基因定位方法—GradedPool-Seq（GPS）。该方法基于F2样品材料混合池测序的策略，直接从表型差异大的双亲F2后代中精确定位基因。该方法不仅提高了定位基因的分辨率，而且大幅度降低了成本。通过该方法，成功在多套杂交稻群体中定位到已知与未知的杂种优势相关基因，并且在“广两优676”杂交稻F2群体中定位到与千粒重相关的杂种优势基因GW3p6。进一步图位克隆发现来自于雄性不育系（母本）中的GW3p6是OsMADS1的等位基因，并且GW3p6剪切方式的改变造成粒重与产量的增加。通过构建近等基因系发现，GW3p6显著提高水稻产量、增加粒重和粒长，但是不影响其他农艺性状。同时将GW3p6与另一个分蘖相关杂种优势基因PN3q23聚合，进一步提高了水稻产量。这些结果证明在自交系中聚合优良的纯合型杂种优势基因，可以不通过培育杂交稻的方式，同样实现杂种优势类似的产量增加。另外GPS方法与该研究也为杂种优势育种以及品种改良提供了新的高效设计育种思路。 分子植物卓越中心博士生王长盛和唐诗灿为该论文的共同第一作者，韩斌与黄学辉为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中国科学院先导B项目的资助。
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