一堆是粒短且堊白多,一堆是米粒細長且晶瑩剔透的稻米,從中國水稻研究所王躍星博士給記者提供的兩堆稻米的外觀看,絕對是兩個截然不同的品種。其實,后者只是比前者多導(dǎo)入了一個神奇的基因——GrainLengthon?Chromosome7(GL7)。
GL7粒長基因的獲得
據(jù)了解,國家一級優(yōu)質(zhì)秈稻粒長標準是米粒長寬比≥3.0,然而不要小看3.0這個標準值,就好像奧運會百米跑道上0.01秒的突破,在稻米粒長復(fù)雜而精確的遺傳調(diào)控機制前,即便是2.9與3.0,也是差之毫厘失之千里。中國水稻研究所超級稻種質(zhì)創(chuàng)新團隊為此奮斗了10余年。
時間要追溯到2003年。隨著稻米市場的開放,消費者對優(yōu)質(zhì)米的要求不僅局限于口味適合,而且要求外形美觀。于是,中國水稻研究所超級稻種質(zhì)創(chuàng)新團隊將目標定向了粒長基因。
中國水稻研究所研究員朱旭東從四川省引進了一批材料,并給這些材料編號為P1、P2、P3……此后,在大規(guī)模配組試驗中,發(fā)現(xiàn)了一個具備優(yōu)良粒長外觀品質(zhì)的秈稻品種——P13。將P13與日本品種“日本晴”雜交,雜種F1代出現(xiàn)了長粒的表型。鑒于此,科學(xué)家進一步通過基因和表型的關(guān)聯(lián)分析在P13中發(fā)現(xiàn)了GL7基因。隨后的10余年,研究團隊通過分子標記、基因克隆等技術(shù)手段,成功克隆了GL7基因。
“美國作為稻米出口大國,特別關(guān)注稻米的商品品質(zhì),與絕大多數(shù)短圓狀的粳稻不同,美國的長粒粳稻米粒細長有光澤。”中國水稻研究所超級稻種質(zhì)創(chuàng)新團隊首席研究員錢前告訴記者,“因此,對其粒形調(diào)控基因的克隆和功能研究有助于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻新品種的培育。”
于是,2012年前后,研究團隊便開始了系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn),在大多數(shù)美國長粒粳稻品種中,GL7位點發(fā)生了17.1kb的DNA大片段串聯(lián)重復(fù),這一基因組結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致了GL7基因表達量的上升,同時還引起了其臨近的負調(diào)控因子表達的下調(diào),引起粒長增加,堊白度和堊白粒率降低,從而顯著改善稻米外觀品質(zhì),揭示了美國長粒粳稻粒長復(fù)雜而精確的遺傳調(diào)控機制。
“≥3.0”不以犧牲產(chǎn)量為代價
隨著產(chǎn)量逐步增加,籽粒單粒重逐步增大,雜交水稻在我國南方稻區(qū)的推廣已經(jīng)占到了70%以上。然而,“許多品種的外觀品質(zhì)難以達到常規(guī)稻的水準,尤其是一些配合力強、制種產(chǎn)量高的不育系,如II-32A、優(yōu)IA、龍?zhí)仄諥等,其所配置的雜交稻在稻米品質(zhì)上根本無法達到國家優(yōu)質(zhì)秈稻標準。”錢前說,“高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)并不矛盾,卻很難兼顧。”
那么,什么才算得上外觀品質(zhì)優(yōu)?“按照國家一級優(yōu)質(zhì)秈稻外觀品質(zhì)標準要求,米粒細長(長寬比≥3.0)、堊白粒率在10%以下。”錢前介紹。
怎么才能得到優(yōu)質(zhì)又高產(chǎn)的秈稻?“我們通過對96個品種序列分析證實,“粵豐”等廣東優(yōu)質(zhì)秈稻品種品質(zhì)好的重要原因是由于同時聚合了GL7等優(yōu)勢位點。”王躍星告訴記者,“可以說,導(dǎo)入GL7基因后的秈稻產(chǎn)量保持不變,而粒長會增長,堊白度和堊白粒率會降低,基本都能達到一級優(yōu)質(zhì)米標準。”
據(jù)了解,在印度人最喜愛的印度香米中一種谷粒改良基因使得產(chǎn)量下降了14%,而GL7基因的神奇之處就在于,是在保持高產(chǎn)量的同時提高品質(zhì)。“將GL7導(dǎo)入高產(chǎn)秈稻‘T461’后,育成的優(yōu)質(zhì)品種‘夏禾’同時兼顧高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的特性。”王躍星說,“我們做了大量的類似實驗,結(jié)果都是一致的。”
“≥3.0”與口感的兩全
一碗普通圓粒粳米飯賣2元,一碗長粒粳米飯賣4元,你會怎么選?隨著人們生活水平的提高,對于作為一日三餐主食的大米的品質(zhì)要求也越來越高,并且需求也在逐漸變化,具有粘軟口感的長粒粳稻品種當然是首選。
可見,水稻粒形已經(jīng)成為重要的水稻育種農(nóng)藝性狀,以市場為導(dǎo)向的育種將會向著大有可為的長粒粳稻轉(zhuǎn)變。
“這一基因可通過促進縱向細胞分裂超過橫向細胞分裂,來誘導(dǎo)稻米形狀發(fā)生根本改變。由于GL7是顯性基因,使得可以利用它來構(gòu)建出雜交品種。而鄰近的一個基因編碼了一種參與將DNA轉(zhuǎn)錄為RNA的蛋白質(zhì),其抑制了這一效應(yīng),則可讓其喪失功能。”王躍星從基因遺傳學(xué)的角度分析了粒形變化的機理,“將GL7基因通過雜交育種導(dǎo)入北方粳米品種中,為達到外觀品質(zhì)與口感的完美結(jié)合提供了快速可靠的途徑。目前能確定的是粳稻的外觀品質(zhì)絕對可以得到改良,但是否能百分之百達到‘≥3.0’還沒有定論。”
采訪到最后,錢前感慨,期待在不久的將來,通過GL7基因的開發(fā)利用,市場上將有更多外觀優(yōu)異的長粒粳稻大米出現(xiàn)。
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