文獻 | Molecular Plant: 解密水稻半矮桿與應用之謎

倒伏是影響水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素之一。自20世紀60年代以來，以作物矮化育種為標志的“綠色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突變體，培育半矮稈性狀，提高作物（水稻）的抗倒伏能力，使水稻產(chǎn)量得到了大面積的顯著增加。經(jīng)過多年研究，雖然在水稻中發(fā)現(xiàn)了超過60個基因可以導致半矮稈性狀，但這些基因除影響莖稈長度還影響其它農(nóng)藝性狀，難以應用于培育抗倒伏品種。目前，SD1的突變?nèi)匀皇桥嘤景氚捫誀畹闹饕?。由于單一的可用基因，抗倒伏性狀的分子育種受到了較大限制。

近日，中國科學院分子植物創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所李來庚團隊與湖南亞華種業(yè)科學研究院楊遠柱團隊通過多年合作，發(fā)現(xiàn)了一個新的特異調(diào)控水稻莖稈基部節(jié)長度的基因，該基因在培育水稻半矮稈性狀，提高抗倒伏能力，增加大面積水稻產(chǎn)量方面顯示了重要的應用價值。研究結果于近日以“Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice”為題發(fā)表在Molecular Plant上。

矮稈突變體SV14S是一個在水稻育種上被廣泛應用的溫敏不育系，它的莖稈基部節(jié)間顯著縮短，顯示良好的抗倒伏能力。遺傳分析表明該莖稈基部節(jié)間縮短是由單一基因控制的半顯性遺傳性狀，該基因命名為Shornted Basal Internodes（SBI）。結合圖位克隆和基因組技術，發(fā)現(xiàn)SBI編碼一個尚未報道的GA2氧化酶，在莖稈基部節(jié)間高表達。酶功能分析證明SBI編碼的GA2氧化酶可以將活性赤霉素轉(zhuǎn)化為非活性赤霉素化合物。水稻中SBI存在兩個等位變異基因型，導致SBI酶催化活性顯著不同。高活性的SBI位點使得水稻莖稈基部節(jié)中活性赤霉素含量顯著降低，從而抑制基部節(jié)間的伸長（如圖所示）。體內(nèi)和體外研究結果證明位于SBI蛋白序列保守區(qū)域的第338位氨基酸的差異是影響SBI酶活性的關鍵位點。通過對大量水稻品種基因分析發(fā)現(xiàn)該位點的變化影響水稻品種株高及莖稈基部節(jié)間長度。同時，基因演化分析表明SBI等位基因之間的差異很可能來自于不同祖先的野生稻群體。在過去15年左右，利用SBI等位變異培育出了一系列具有合理莖稈節(jié)長度結構、高度抗倒伏能力的水稻新品種，這些品種在大面積種植中顯示出良好的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適等特性。

SBI基因編碼GA2氧化酶調(diào)控水稻品種株高及莖稈基部節(jié)間長度

SBI基因的發(fā)現(xiàn)為塑造理想的水稻莖稈節(jié)長結構和株高表型提供了難得的基因資源，為培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的抗倒伏水稻新品種提供了新的有效策略。

據(jù)悉，中國科學院分子植物創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所李來庚研究員與湖南亞華種業(yè)科學研究院楊遠柱研究員為該論文的共同通訊作者，*作者為李來庚課題組博士研究生劉暢。中國科學院分子植物創(chuàng)新中心韓斌研究員，湖南大學劉選民教授參加了部分工作。

通訊作者簡介

李來庚，研究員，博士生導師，1997年美國密西根理工大學獲博士學位。2007年回國，獲國家杰出青年基金，中國科學院“百人計劃”終期評估。現(xiàn)任中國科學院分子植物創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所研究員。長期從事植物細胞合成與調(diào)控的分子遺傳與生物技術研究，以楊樹和水稻為材料，研究細胞壁形成與木材材性調(diào)控，細胞壁形成與作物（水稻）抗倒伏性狀關系等。在Developmental Cell、Plant Cell、PNAS、Molecular Plant等雜志發(fā)表論文70余篇, 據(jù)Elsevier統(tǒng)計，連續(xù)多年入選農(nóng)業(yè)與生物科學領域高引中國學者。更多信息請訪問李來庚實驗室主頁查看：http://sippe.ac.cn/llg/

楊遠柱，研究員，現(xiàn)任袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司副總裁、湖南亞華種業(yè)科學研究院院長。國家農(nóng)作物品種審定委員會水稻專業(yè)委員會委員，中國農(nóng)學會常務理事、中國作物學會理事，湖南大學、湖南師范大學、華中農(nóng)業(yè)大學等大學兼職教授。從事水稻育種36年，主持和參與育成水稻品種222個，其中主持國家審定53個，累計推廣面積5億多畝。獲全國勞動*、政府特殊津貼、中青年有突出貢獻專家、全國科技工作者等榮譽。獲國家科技進步獎1次，省部級科技進步獎7次，發(fā)表論文100余篇。

（轉(zhuǎn)自BioArt植物)

以下截圖來至文章：

李來庚研究組使用翊圣的Hieff Mut^TM Site-Directed Mutagenesis Kit 定點突變試劑盒（CAT：11003），以SBI^SV14的cDNA序列為模板進行突變，成功獲得產(chǎn)生SBI^D308N和SBI^G338R兩個單點突變位點，為課題的后續(xù)研究開展提供強有力的工具。

翊圣生物匠心研究，精益求精。實現(xiàn)了“定點突變技術”由理論到應用的升級，研發(fā)出Hieff Mut^TM 系列定點突變產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品是基于Hieff Clone^TM快速克隆技術的定點突變系統(tǒng)，可實現(xiàn)目標質(zhì)粒擴增產(chǎn)物經(jīng)DpnI消化、Hieff Clone^TM重組環(huán)化后直接進行轉(zhuǎn)化即可完成定點突變的過程。

產(chǎn)品優(yōu)勢：
（1） Hieff^TM Pfu DNA Polymerase擴增模塊：提供zui高保真度的擴增，可擴增20 kb以內(nèi)的質(zhì)粒；擴增以指數(shù)方式進行，極大減少了模板使用量，有利于原始甲基化模板的*降解。

（2）Hieff Clone^TM快速克隆模塊：利用的同源重組反應替代傳統(tǒng)的退火成環(huán)反應可環(huán)化PCR產(chǎn)物。

（3）DpnI酶：充分有效降解未突變的質(zhì)粒模板。

上海翊圣生物科技有限公司（Yeasen Biotech Co., Ltd.）成立于2009年，是專注于酶制劑和抗原抗體開發(fā)的高新技術型企業(yè)，致力于為生命科學研究領域內(nèi)的科研客戶及醫(yī)療相關行業(yè)的工業(yè)客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和的服務。

公司現(xiàn)階段建設有分子、蛋白、細胞和免疫四大技術平臺。擁有全面豐富的產(chǎn)品線，包括PCR、qPCR、高保真DNA聚合酶、逆轉(zhuǎn)錄相關制劑、克隆試劑盒、高通量MaxUP系列DNA和RNA建庫試劑盒、細胞培養(yǎng)、支原體檢測、預防、去除試劑，以及體外診斷相關的酶原料、試劑和磁珠等。