中国科学家发现水稻FZP基因变异
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日前再传捷报，中国科学家发现水稻FZP基因变异，FZP基因即穗发育基因（FRIZZY PANICLE，FZP）。发生变异的FZP基因可显著增加水稻每穗的粒数和轻微降低每粒的粒重，使水稻产量增加15%。该研究来自华中农业大学生命科学技术学院教授邢永忠的研究小组。2017年10月31日上述研究论文在国际学术期刊《自然》（nature）的子刊《自然·植物》（nature plants）在线发表。
水稻的产量取决于其生物量和收获指数两大指标。前者为水稻植株的总量，后者为水稻种子所占比例。上世纪50年代初将水稻的高秆变矮秆，通过调整营养生长和生殖生长，降低水稻种质的生物量，增大收获指数，从而提高水稻产量。上世纪70年代之后，在杂交水稻之父袁隆平领导下，杂交水稻一路过关斩将，主要通过增大收获指数提高水稻产量，现有水稻种质的生物量和收获指数都已接近上限。中国作物育种专家，一方面对增强水稻的抗逆性展开研究，试图扩大适宜种植水稻的面积；另一方面选育超大生物量水稻新种质，同时继续探索如何提高水稻种质的收获指数极限。被发现的水稻FZP基因变异，有望刷新水稻种质的收获指数极限。
FZP基因是一个很重要的发育基因，其编码的蛋白质是不能改变的，若改变则水稻就无法结籽。FZP基因具有阻止腋芽分生组织形成并建立花分生组织的作用，水稻的产量和其密切相关。FZP的功能强，水稻籽粒就变大，粒数减少；FZP功能弱，水稻籽粒就变小，粒数就增多。所以，可以通过控制FZP的表达量来控制水稻的产量。
水稻种子所占比例由每穗粒数、穗数和千粒重三个因素决定，增加每穗粒数是增加水稻种子所占比例的最有效途径。也就是增加产量的最有效途径。FZP基因的表达量变化恰好同时调控每穗粒数和千粒重的变化。
邢永忠研究小组利用粒形差异显著的亲本川7和豪博卡构建的群体通过图位克隆（Map - basedcloning，又称定位克隆），在亲本川7的FZP上游5.3kb处，发现一个18bp片段的转录沉默子发生复制，造成拷贝数变异(Copy numbervariation，CNV)，名为CNV-18bp，使得亲本川7里有两个18bp片段串联在一起（拷贝数是指某基因在某一生物的基因组中的个数，单拷贝就是该基因在该生物基因组中只有一个，多则指有多个）。
进一步的研究发现，转录抑制子OsBZR1结合CNV-18bp中的CGTG基因序列，从而抑制了FZP的表达。这种有两个18bp片段的FZP表达量比单个拷贝的要低，使得穗分枝时间更长，籽粒略微变小，粒数更多。该团队通过研究发现，有两个18bp片段的水稻千粒重大概减少了10%左右，每穗粒数增加40%-50%，穗数并无显著性差异，但水稻产量要比只有一个18bp片段的高15%。
事实上，绝大多数水稻中只有一个18bp片段，邢永忠团队检测了500多份材料发现，只有印度、孟加拉等东南亚地区的少数品种才有两个串联的18bp片段。邢永忠称，这种变异是在自然界中发生的。因此，可以利用分子标记辅助育种，使该优良等位基因在中国高产品种的改良中发挥巨大作用。
邢永忠教授对此很有信心，其所领导的小组正在利用该优良等位基因，对中国水稻骨干亲本加以改良，有望进一步提高水稻种质的收获指数极限。
（消息来源：澎湃新闻）
