近日，中国作物科学研究所童红宁团队联合福建省水稻研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所，破译了国际关注近百年的水稻种质资源——“复粒稻”形成的遗传基础，揭示了植物激素油菜素内酯（BR）调控水稻穗粒数的机制，为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新路径。相关研究成果发表在国际期刊《科学》上。 什么是“复粒稻”？作物科学研究所研究员童红宁解释，复粒稻是一种独特的水稻种质资源，与普通水稻穗子上种子粒粒分明不同，它结出的种子可以三粒长在一簇上，因此又被称为“三粒奇”，但这“三粒一簇”特性的机制一直未被破解。 水稻是我国主要粮食作物，也是全球超过一半人口的主粮，随着全球人口的增长和人均耕地面积的不断减少，提高水稻单产对保障全球粮食安全具有重要意义。水稻单产的突破很大程度上依赖于种质资源中重大基因的发掘利用。 一般来说，水稻亩均产量有三个关键因素：亩穗数、穗粒数和粒重。“亩穗数主要是由水稻的分蘖数决定、有效穗数决定，可以通过密植提高亩穗数，但是穗粒数和粒重很难通过栽培方式提升，因此解析这两个性状的遗传机制十分重要。而复粒稻的一个显著特征即多粒簇生，也就是说穗粒数可能会多，一旦解析其遗传机制将有望提高水稻单产。”童红宁解释。 因此，自20世纪30年代起，国际遗传学界就开始关注复粒稻“三粒一簇”现象，但始终未能从基因层面根本破解其机理。童红宁团队长期从事植物激素调节水稻生长发育的研究，在此项研究中，该团队通过创制大量复粒稻的衍生突变体，最终发现并克隆了控制复粒稻“三粒一簇”现象的关键基因BRD3。该基因编码的蛋白质可以降解一种被称为“油菜素甾醇”的激素。实验证明，正是在BRD3的作用下，“油菜素甾醇”这种激素的含量降低，导致复粒稻稻穗的二级枝梗增多，使得“三粒一簇”现象出现。通过进一步研究，团队明确了“油菜素甾醇”的作用机理，并发现复粒稻中由于激素被精准调控，穗粒数得以增加，但没有其他常见的激素负面影响，如粒重就不受影响。 “该研究发现组织特异性地抑制BR含量可以只增加穗粒数，而不影响粒重和品质，一定程度上破解了两者之间的负相关平衡关系，是一种极有潜力的分子设计策略。”中国科学院院士李家洋认为，这个策略对于其他激素而言也具有参考意义，未来应在作物中进一步加强植物激素空间分布调控的相关基础研究，为理解多性状的相互关联与平衡机制，进而开展多性状的协同改良奠定基础，最终实现高产稳产并保障粮食安全。 中国科学院院士林鸿宣评价称，这项工作也说明从种质资源中挖掘基因资源是突破当前作物产量瓶颈的有效途径，应给予高度重视。 (单位: 中国作物科学研究所)