華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士張啟發(fā)帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，成功分離出控制水稻產(chǎn)量和生育期的多效性基因。5月5日，這一具有重大理論及實(shí)踐意義的論文在《自然—遺傳學(xué)》的網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表。
經(jīng)典的遺傳學(xué)理論認(rèn)為，植物的復(fù)雜數(shù)量性狀一般是由大量微效基因協(xié)同控制的，研究難度很大，其中作物產(chǎn)量是最為復(fù)雜的數(shù)量性狀。然而，張啟發(fā)科研團(tuán)隊(duì)的最新研究成果表明，作物產(chǎn)量也可能會受少數(shù)幾個(gè)關(guān)鍵性主效基因的調(diào)控。他們首次發(fā)現(xiàn)并成功克隆的一個(gè)同時(shí)控制水稻株高、抽穗期和每穗粒數(shù)的QTL(Quantity Trait Loci，數(shù)量性狀位點(diǎn))基因，命名為Ghd7(G：穗粒數(shù)，h：株高，d：抽穗期，7：水稻第7染色體)。
據(jù)文章第一作者(并列)邢永忠教授、薛為亞博士介紹，早在上世紀(jì)90年代中期，課題組通過QTL分析，在水稻第七染色體著絲粒區(qū)附近定位了一個(gè)具多效性的QTL。其后十余年中，他們反復(fù)證明了這一結(jié)果，并在這個(gè)基因區(qū)間構(gòu)建了多對近等基因系，在此基礎(chǔ)上，利用圖位克隆技術(shù)分離到了這個(gè)基因。研究結(jié)果表明，野生型Ghd7等位基因可使抽穗期大大延遲，株高和每穗粒數(shù)顯著增加。在武漢夏天的條件下，含有野生型Ghd7等位基因的水稻比一般水稻(珍汕97)抽穗晚23天，株高增加30厘米，穗粒數(shù)增加1倍，且莖稈粗壯抗倒，單株產(chǎn)量可提高50%。將野生型Ghd7等位基因轉(zhuǎn)移到一些小穗、早抽穗品種中，可使這些品種每穗粒數(shù)成倍增加，同時(shí)伴隨株增高，抽穗期延遲。研究人員發(fā)現(xiàn)，Ghd7基因編碼的蛋白質(zhì)為一含CCT結(jié)構(gòu)域蛋白家族成員，其表達(dá)和功能受光周期調(diào)控。該蛋白不僅參與了開花的調(diào)控，而且對株的生長、分化及生物學(xué)產(chǎn)量有普遍的促進(jìn)效應(yīng)。在長日條件下，該基因的表達(dá)增強(qiáng)，從而推遲抽穗，植株增高，穗子變大，穗粒增多。研究結(jié)果還表明，該基因與水稻品種的生態(tài)地理適應(yīng)性有密切的關(guān)系。
文章通訊作者張啟發(fā)認(rèn)為，該研究成果具有重要的理論與實(shí)踐意義。在理論方面，一是表明數(shù)量性狀可以由主效基因控制；二是為一個(gè)基因的多個(gè)功效提供了很好的例證；三是為研究一個(gè)基因可以控制多個(gè)性狀提供了難得的機(jī)會。在實(shí)踐方面，該基因的成功分離，說明對于諸如產(chǎn)量這樣復(fù)雜的數(shù)量性狀，也可以應(yīng)用生物技術(shù)進(jìn)行改良。因此，該基因的有關(guān)信息，可被直接用于從水稻品種遺傳資源中發(fā)掘?qū)μ岣弋a(chǎn)量和生態(tài)適應(yīng)性有重要意義的優(yōu)良等位基因，進(jìn)行作物品種的遺傳改良。(余平凡 金安江 范敬群)
