您的位置: 首页 > 科教合作 > 科教成果库

我校何光华教授团队发现水稻高产新途径

发布者:      发布时间:2017-10-20 09:57:18

828日,我校农学与生物科技学院、农业科学研究院何光华教授课题组通过自由投稿方式在美国科学院院报》(PNAS)在线发表了题为LATERAL FLORET 1 induced the three-florets spikelet in rice” 的原创性研究论文,深度解析了水稻小穗侧生小花的发育调控机制,为水稻超高产分子设计育种奠定了基础。

在水稻产量构成的三要素中,每穗粒数(颖花数)是最重要因素之一,主要受到水稻花序上一次枝梗数、二次枝梗数及其上着生小穗(颖花)密度的影响。目前已鉴定的水稻高产基因均是以增加枝梗数目或着粒密度来实现水稻增产,我国主要高产品种中已经含有这些优良等位基因,要想通过改良这些基因从而达到增产目的有难度,因此需要寻找增加每穗粒数的新途径。

实际上每穗粒数的形成还有一个重要的影响因素——小穗内小花的数目,这一现象一直没有引起人们的重视,因为正常水稻一个小穗内小花数目恒定——只包含一个可育小花。实际上,早在1937年就有科学家提出水稻三花小穗假说,认为水稻小穗中两个无用的颖片器官——护颖实际上是两个侧生小花退化而来,也就是说原始的水稻可能由三个小花构成,但是一直以来这一假说缺乏直接证据。

何光华教授团队利用EMS诱变,首次分离鉴定了一个显性功能获得性突变体lateral florets1(lf1),该突变体小穗除了产生正常的顶生小花外,护颖处还发育出了1-2个包含正常器官的侧生小花。通过图位克隆、细胞学、分子生物学等手段,揭示了LF1编码的HD-ZIPIII转录因子通过激活分生组织维持基因OSH1的异位表达起始侧生花分生组织形成的分子机制。研究结果一方面明确证实了水稻 “三花小穗假说;同时为大幅提高每穗粒数提供一条新的途径,即培育三花小穗水稻品种,理论上可以大幅度提高每穗粒数,从而显著增产。

Fig.  Model of hypothesized changes in spikelet architecture during Oryza evolution and putative function of LF1.

        During the evolutionary process, the G1EG1OsMADS34, NSGASP1 and OsMADS1 genes determined the degeneration from the lemma to sterile lemma in lateral florets, whereas the miRNA165/166LF1OSH1 pathway controlled the degeneration of floral organs in lateral florets. Red arrows indicate positive regulation, whereas the red “T” shape patterning indicates negative regulation, and green arrows show the two evolutionary lines of the WT spikelet. The blue arrows and “X” shape patterning suggest a possible method to breed a rice hybrid with a three-florets spikelet by combining the lf1 mutant and other materials with a lemma-like sterile lemma.