广东水稻以其独特而优异的株型特征闻名,株型育种凝聚了广东水稻育种家的智慧结晶。水稻叶片,尤其是功能叶的厚度,是影响光合作用继而影响株型和产量的核心性状。增加叶片厚度对塑造水稻理想株型,实现高产稳产具有重要意义。然而,长期以来,叶片厚度调控的分子机理尚未系统解析,制约了育种理论的创新发展。
近日,Journal of Genetics and Genomics在线发表广东省农业科学院水稻研究所赵均良研究员团队和刘传光研究员团队合作题为“
Functional characterization of
OsLT9
in regulating rice leaf thickness”的研究论文。研究通过对302份华南水稻材料进行泛基因组关联分析,鉴定出一个控制水稻叶片厚度的基因OsLT9。该基因通过增加叶肉细胞数目来调控叶片厚度,从而提高光合效率和产量,为指导水稻株叶形态育种改良提供理论依据
在前期广东农科院水稻所华南水稻动态株型育种实践基础上,该研究利用团队开发的一种精准、快速的叶片厚度测量装备,对302份华南水稻材料进行叶厚的泛基因组关联分析,鉴定出调控水稻叶片厚度的关键基因OsLT9。该基因编码一个Multiple Organellar RNA Editing Factor家族蛋白。连锁分析、单倍型分析和基因表达分析显示,OsLT9的启动子区域一段24-bp插入缺失可能是其调控叶片厚度的功能变异。OsLT9过表达能够显著增加叶肉细胞数目,从而调控叶片厚度、提升光合效率达15%,最终提高产量。基因组演化分析表明,OsLT9在现代育种过程中被广东育种家强烈选择,这为系统解析广东水稻品种特色株型性状的形成提供了分子证据。
OsLT9调控水稻叶片厚度
A:叶片厚度测序装置;B:水稻叶片横切面展示由叶片厚度仪测定的侧脉厚度;C:
OsLT9基因结构及启动子序列变异;DG: OsLT9 过表达对水稻叶厚、光合作用和产量的影响;H:野生型(P180)和 OsLT9 过表达(OE)植株剑叶横切面对比。
综上所述,该研究立足广东水稻育种历史,从分子层面阐释了广东农科院水稻所动态株型育种实践的遗传机制,为水稻“广东种芯”的遗传基础研究提供了理论依据,也为未来株型育种策略的优化升级提供了新见解,具有重要的理论和应用价值。
作者简介
广东省农业科学院水稻研究所王健副研究员和陈达刚副研究员为该论文共同第一作者,广东省农业科学院水稻研究所周新桥研究员、刘传光研究员和赵均良研究员为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省自然科学基金等项目资助。
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