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    文献 | Molecular Plant: 解密水稻半矮杆与应用之谜

      倒伏是影响水稻高产稳产的主要限制因素之一。20世纪60年代以来,以作物矮化育种为标志的“绿色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突变体,培育半矮秆性状,提高作物(水稻)的抗倒伏能力,使水稻产量得到了大面积的显著增加。经过多年研究,虽然在水稻中发现了超过60个基因可以导致半矮秆性状,但这些基因除影响茎秆长度还影响其它农艺性状,难以应用于培育抗倒伏品种。目前,SD1的突变仍然是培育水稻半矮秆性状的主要基因。由于单一的可用基因,抗倒伏性状的分子育种受到了较大限制

 

近日,中国科学院分子植物卓越创新中心/植物生理生态研究所李来庚团队与湖南亚华种业科学研究院杨远柱团队通过多年合作,发现了一个新的特异调控水稻茎秆基部节长度的基因,该基因在培育水稻半矮秆性状,提高抗倒伏能力,增加大面积水稻产量方面显示了重要的应用价值。研究结果于近日以“Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice”为题发表在Molecular Plant上。

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矮秆突变体SV14S是一个在水稻育种上被广泛应用的温敏不育系,它的茎秆基部节间显著缩短,显示良好的抗倒伏能力。遗传分析表明该茎秆基部节间缩短是由单一基因控制的半显性遗传性状,该基因命名为Shornted Basal InternodesSBI)。结合图位克隆和基因组技术,发现SBI编码一个尚未报道的GA2氧化酶,在茎秆基部节间高表达。酶功能分析证明SBI编码的GA2氧化酶可以将活性赤霉素转化为非活性赤霉素化合物。水稻中SBI存在两个等位变异基因型,导致SBI酶催化活性显著不同。高活性的SBI位点使得水稻茎秆基部节中活性赤霉素含量显著降低,从而抑制基部节间的伸长(如图所示)。体内和体外研究结果证明位于SBI蛋白序列保守区域的第338位氨基酸的差异是影响SBI酶活性的关键位点。通过对大量水稻品种基因分析发现该位点的变化影响水稻品种株高及茎秆基部节间长度。同时,基因演化分析表明SBI等位基因之间的差异很可能来自于不同祖先的野生稻群体。在过去15年左右,利用SBI等位变异培育出了一系列具有合理茎秆节长度结构、高度抗倒伏能力的水稻新品种,这些品种在大面积种植中显示出良好的高产、稳产、广适等特性。

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SBI基因编码GA2氧化酶调控水稻品种株高及茎秆基部节间长度

 

SBI基因的发现为塑造理想的水稻茎秆节长结构和株高表型提供了难得的基因资源,为培育高产稳产的抗倒伏水稻新品种提供了新的有效策略。

 

据悉,中国科学院分子植物卓越创新中心/植物生理生态研究所李来庚研究员与湖南亚华种业科学研究院杨远柱研究员为该论文的共同通讯作者,第一作者为李来庚课题组博士研究生刘畅。中国科学院分子植物卓越创新中心韩斌研究员,湖南大学刘选民教授参加了部分工作。 

通讯作者简介 

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李来庚,研究员,博士生导师,1997年美国密西根理工大学获博士学位。2007年回国,获国家杰出青年基金,中国科学院“百人计划”终期评估优秀。现任中国科学院分子植物卓越创新中心/植物生理生态研究所研究员。长期从事植物细胞合成与调控的分子遗传与生物技术研究,以杨树和水稻为材料,研究细胞壁形成与木材材性调控,细胞壁形成与作物(水稻)抗倒伏性状关系等。在Developmental CellPlant CellPNASMolecular Plant等杂志发表论文70余篇, Elsevier统计,连续多年入选农业与生物科学领域高引中国学者。更多信息请访问李来庚实验室主页查看:http://sippe.ac.cn/llg/

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杨远柱,研究员,现任袁隆平农业高科技股份有限公司副总裁、湖南亚华种业科学研究院院长。国家农作物品种审定委员会水稻专业委员会委员,中国农学会常务理事、中国作物学会理事,湖南大学、湖南师范大学、华中农业大学等大学兼职教授。从事水稻育种36年,主持和参与育成水稻品种222个,其中主持国家审定53个,累计推广面积5亿多亩。获全国劳动模范、国务院政府特殊津贴、国家级中青年有突出贡献专家、全国优秀科技工作者等荣誉。获国家科技进步奖1次,省部级科技进步奖7次,发表论文100余篇。

(转自BioArt植物)

以下截图来至文章:

李来庚研究组使用翊圣的Hieff MutTM Site-Directed Mutagenesis Kit 定点突变试剂盒(CAT11003),以SBISV14cDNA序列为模板进行突变,成功获得产生SBID308NSBIG338R两个单点突变位点,为课题的后续研究开展提供强有力的工具。

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2Hieff CloneTM快速克隆模块:利用高效的同源重组反应替代传统的退火成环反应可高效环化PCR产物。

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 上海翊圣生物科技有限公司(Yeasen Biotech Co., Ltd.)成立于2009年,是专注于酶制剂和抗原抗体开发的高新技术型企业,致力于为生命科学研究领域内的科研客户及精准医疗相关行业的工业客户提供高质量的产品和优质的服务。

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