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在這項最新研究中，科研人員創(chuàng)制出大量IPA1順式調(diào)控區(qū)平鋪刪除的基因編輯材料，并從中發(fā)掘出了可以同時提高穗重和穗數(shù)的編輯材料IPA1-Pro10，該編輯材料還同時具有株高變高、莖稈和根系粗壯的表型。

穗數(shù)、每穗粒數(shù)和粒重，是決定水稻產(chǎn)量的三個核心要素。如果這三大要素能夠“齊心協(xié)力”，水稻增產(chǎn)便不是問題。然而，它們之間的關系有點像“魚和熊掌”，不可兼得。

“一株水稻如果穗數(shù)長的特別多，穗子就會變小，粒重也會變輕；穗子大了，穗數(shù)就會變少。它們之間往往存在一種此消彼長的負相關關系，把一個增大，另外一個就變小了。”4月25日，在接受科技日報記者采訪時，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員余泓解釋說。

近日，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李家洋院士團隊揭示了水稻產(chǎn)量核心要素穗重和穗數(shù)之間相互制約的分子機制，為打破這種制約關系提供了一種可行方法，為突破水稻產(chǎn)量瓶頸提供了新的遺傳資源與研究思路。相關研究成果發(fā)表在國際學術期刊《自然·生物技術》上。

“不同農(nóng)藝性狀之間存在的這種此消彼長現(xiàn)象，被生物學家稱為權衡效應，這一效應使得一些優(yōu)異性狀往往不能兼得。這種權衡效應可能由連鎖累贅或基因多效性引起。”余泓說。

他進一步解釋道，所謂連鎖累贅，是指傳統(tǒng)育種中，在有利基因的導入時帶入了與之連鎖的不良基因，造成育種后代表型與預期結果不一致；而基因多效性則是一個基因控制著多種表型。

“目前，連鎖累贅可以通過基因的精細定位和交換重組來解決，然而基因多效性引起的權衡效應仍然沒有有效方法進行解除。”余泓說，如何解決基因多效性造成的表型間的權衡效應，對于突破現(xiàn)有育種瓶頸有重要科學意義。

此前李家洋團隊鑒定到的一個水稻株型調(diào)控的主效基因IPA1，可用于調(diào)控水稻多方面生長發(fā)育過程，對抗病性和環(huán)境適應性也有重要調(diào)控作用，已廣泛應用于優(yōu)良水稻品種的培育。但IPA1是一個典型的多效性基因，在增大穗部的同時會使分蘗數(shù)降低，限制了其增加水稻產(chǎn)量的潛力。

在這項最新研究中，科研人員創(chuàng)制出大量IPA1順式調(diào)控區(qū)平鋪刪除的基因編輯材料，并從中發(fā)掘出了可以同時提高穗重和穗數(shù)的編輯材料IPA1-Pro10，該編輯材料還同時具有株高變高、莖稈和根系粗壯的表型。經(jīng)田間小區(qū)測產(chǎn)鑒定，IPA1-Pro10與對照品種中花11號相比能夠增產(chǎn)15.9%，大大提高了水稻產(chǎn)量。該研究還進一步闡明了IPA1順式調(diào)控區(qū)調(diào)控穗部表型的分子機制。

余泓表示，這項研究通過平鋪刪除策略，通過編輯篩選水稻關鍵基因的順式調(diào)控區(qū)成功實現(xiàn)了水稻產(chǎn)量關鍵要素間負相關性的解除，打破了魚和熊掌不可兼得的魔咒，為通過創(chuàng)制全新遺傳資源打破水稻產(chǎn)量瓶頸提供了有效策略。

“未來對作物核心基因順式調(diào)控區(qū)的系統(tǒng)功能挖掘，有望為突破現(xiàn)有作物育種瓶頸提供新的分子機制與遺傳資源。”余泓強調(diào)。

來源：科技日報