科学家发现可能对水稻产量提高有贡献的基因

	这组科学家培育了转基因水稻系（G-2 和G-8），它们的GIF1基因被过度表达。和正常株（WT）相比，他们发现转基因水稻的谷粒更大更重。在这幅图片中，上面的谷粒被壳包裹着，下面的谷粒已经脱壳。 点击此处获得更多信息。

包括宾夕法尼亚州立大学杰出生物学教授Hong Ma在内的一组科学家发现了水稻的一个基因控制着水稻谷粒的尺寸和重量。这个基因可能证明对于培育高产水稻有用，而且因此也可能惠及依赖这种主粮为生的一大批人。“我们的研究证明有可能通过增强一个特定基因的表达从而增加水稻产量，”Ma说。该研究组的成果将于2008年9月28日发表在提前网上出版的《自然·遗传学》杂志上，还将发表在该杂志的9月号印刷版上。

这组科学家首先搜寻并发现了表现为谷粒重量偏低的水稻突变株。“我们发现了一个特别的突变，即它的产生正常尺寸谷粒的能力有缺陷，”中国科学院的生物学教授、该研究组的领导者Zuhua He说。该研究组然后检查了这个突变株，并发现它的GIF1基因携带了一个突变。“GIF1基因负责控制蔗糖酶（转化酶）的活性，蔗糖酶位于细胞壁上，它把蔗糖转化成用于制造淀粉的物质，”He说。“蔗糖酶对于水稻谷粒发育过程中的淀粉形成很重要。如果蔗糖酶不活跃，水稻植株可能就无法制造可食用的谷粒。”

接下来，为了测试GIF1基因控制蔗糖酶制造的能力，该研究组测量了一个正常水稻植株（GIF1基因没有任何突变）和一个突变株（GIF1基因含有一个导致蔗糖酶活性缺损的突变）的蔗糖酶的活性。这组科学家发现突变株的蔗糖酶活性只有在正常株观察到的17%，这提示GIF1基因确实控制着蔗糖酶的活性，该研究组然后培育了GIF1基因过度表达的转基因水稻系，结果发现，与正常株相比，这种转基因水稻的谷粒更大更重。

Ma说，该研究组吃惊地发现GIF1基因如此擅长控制谷粒的特定部分的蔗糖酶活性，也就是维管组织，它们把包括蔗糖酶产生的糖在内的营养物质运输到正在发育的谷粒。“这种表达模式并没有被预料到，这部分是由于蔗糖酶是一种被许多种类的细胞使用的通用酶。事实上，野生水稻的相应基因并没有被特定地表达。

该研究组还发现GIF1基因是在水稻驯化过程中被选择出来的基因之一。“通过选择性地培育那些产生更重谷粒的水稻株，人类在数千年的时间里不知不觉地增加了拥有变异的GIF1基因的水稻种群的频率，”Ma说。“这个过程导致了GIF1基因在维管组织中被特定地表达，从而产生更大的水稻谷粒，”Ma说。

这组科学家希望他们的发现将有助于其他人培育产生更大谷粒的杂交水稻品种。与此同时，他们打算进行额外的分析，这将帮助他们理解其他基因如何有可能参与到改善水稻产量的过程中来。“我们的目标是理解什么控制着谷粒重量和其他因素，并寻找增加产量的方法，”Ma说。

该研究得到了中国科技部、中国国家自然科学基金委和上海生命科学研究院的资助。

[ Sara LaJeunesse ]

联系人：
Hong Ma: (+1) 814-863-6414, hxm16@psu.edu
Zuhua He: zhhe@sibs.ac.cn
Barbara Kennedy (公共信息官): (+1) 814-863-4682, science@psu.edu

图片关于该研究的一幅高分辨率图片可在如下网址获取：http://www.science.psu.edu/alert/Ma9-2008.htm
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图片说明：这组科学家培育了转基因水稻系（G-2 和G-8），它们的GIF1基因被过度表达。和正常株（WT）相比，他们发现转基因水稻的谷粒更大更重。在这幅图片中，上面的谷粒被壳包裹着，下面的谷粒已经脱壳。

图片来源：Zuhua He，中国科学院