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水稻的基因水稻

由於生物技術和基因工程技術的快速發展,科學家於1998年開始對水稻基因組進行分析和排列,被稱為國際水稻基因組測序計劃;簡稱IRGSP)。這個項目的主要目的是破譯水稻十二條染色體中的遺傳密碼。該項目由日本主辦,中國、韓國、臺灣省、英國、加拿大、美國、巴西、印度和法國參與。2002年,有人宣布水稻的整個基因圖譜已經被解讀。並發表在基因圖譜數據庫中,供各國水稻專家研究。

水稻基因組是高等生物中基因測序最完整的。在科學家鑒定的37500個基因中,有幾個基因影響著重要農產品的未來。例如,提高水稻產量的基因和改變水稻光周期的基因。美國南部的壹些商品糧農場采用旱地直播技術種植水稻,避免了水田耕作、育苗和移栽,其生產工藝與種植小麥沒有太大區別。播種前把地面排幹。有直播水稻種子。

50年代水稻直播在中國北方廣泛推廣,黑龍江省60年代以前占70%,南方60年代也有使用。隨著經濟的發展,大量農村青壯年勞動力進入城市勞動力市場,農村勞動力減少,化學除草劑廣泛使用,直播水稻種植呈現快速發展趨勢。

江蘇省儀征市農機部門在浦溪鎮成功示範了壹項水稻插秧新技術——水稻機械化旱地直播。與傳統的水稻插秧方式相比,該技術省去了水稻育秧播種環節,水稻種子浸泡發芽後直接用條播機播種,具有省工、節本、增效的優點。據測算,壹臺條播機每天可播種30畝,比傳統種植方式每畝節約200元左右。

也許有人認為直播水稻是發展不久的新技術,但我不知道水稻的直播栽培自古就有,甚至在移栽之前就有,就是先直播,後移栽。科學家利用獨創的基因分離技術,成功獲得近2000個水稻cDNA片段,研制出中國首個具有獨特功能的水稻基因芯片。

這項模塊化表達序列標簽技術(M-EST)由浙江大學生物技術研究所李德保教授的研究小組首先提出,並已獲得中國國家知識產權局的專利。

芯片上集成的成千上萬個密集排列的分子微陣列,使人們能夠在短時間內分析大量生物分子,快速準確地獲取樣本中的生物信息,效率是傳統檢測方法的數百倍。被壹些科學家譽為繼大規模集成電路之後又壹次意義深遠的科技革命。

中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所、植物分子遺傳學國家重點實驗室林洪軒研究員帶領的研究組在水稻產量相關功能基因研究方面取得突破,成功克隆了控制水稻粒重的數量性狀基因GW2,並深入闡述了相關的生物學功能和機理,表明該基因在高產分子育種中具有廣闊的應用前景。

遺傳改良或基因工程是提高作物產量的有效手段之壹。尋找與高產相關的功能基因對水稻高產育種具有重要的理論意義和應用價值。粒重是決定水稻產量的因素之壹。它是壹個由多個基因控制的復雜數量性狀,相關分子的遺傳調控機制尚不清楚。

林洪軒研究員指導博士生宋先軍、黃偉經過多年潛心研究,成功克隆了控制水稻粒重的數量性狀基因GW2。大量詳細的實驗結果表明,GW2作為壹種新的E3泛素連接酶,可能參與降解促進細胞分裂的蛋白質,從而調節稻殼大小,控制粒重和產量。當GW2的功能缺失或降低時,基因降解與細胞分裂有關的蛋白質的能力下降,會加速細胞分裂,增加水稻籽粒谷殼中的細胞數量,從而顯著增加水稻籽粒的寬度,加快籽粒灌漿,增加粒重和產量。

研究人員通過分子標記選擇方法將大粒品種的GW2基因導入小粒品種中培育新品系,分別收獲了25株大田種植的植株。測量每株植物的產量。與小粒品種相比,新品系雖然每穗粒數減少,但由於粒重明顯增加,單株產量顯著增加,表明該基因在高產育種中有價值。增產效果有待進壹步調查和小區試驗驗證。研究成果為農作物高產育種提供了具有自主知識產權的新基因和重要的應用前景;為闡明作物產量和種子發育的分子遺傳調控機制提出了新的觀點。

2007年04月09日《自然遺傳學》的三位審稿人壹致高度評價這項研究:“我們現在可以通過控制GW2的功能來獲得適當大小的水稻谷粒,我認為這在水稻產量育種史上具有重要意義。”、“關於E3泛素連接酶的克隆、序列分析、轉基因表型鑒定和功能實驗令人信服”、“這是壹部會引起遺傳學家極大興趣的傑作。本文通過大量深入實驗,包括基因克隆、基因結構分析、功能和表型鑒定,證明了該基因控制水稻籽粒大小,為作物種子遺傳調控機制的研究提出了有價值的見解。”來自630個基因片段的單核苷酸多態性(SNPs)的人口統計學分析顯示了水稻的單壹馴化起源。另壹方面,栽培稻和野生稻全基因組數據的群體遺傳分析往往顯示,秈稻和粳稻的基因組壹般看似獨立起源,但許多具有馴化等位基因的基因組片段可能只起源壹次。盡管取得了這些進展,但還需要更廣泛的取樣和群體基因組測序來進壹步闡明水稻馴化的進化史。深入研究馴化位點附近的單倍型結構,將對評估基因滲入方向起到重要作用。

本文研究人員從446個地理位置不同的普通野生稻和1,083個栽培秈稻和粳稻品種中獲得基因組序列,構建了壹個全面的水稻基因組變異圖譜。在尋找選擇性標記的過程中,研究人員確定了馴化過程中發生的55次選擇性掃描。對馴化和全基因組格局的深入分析揭示,粳稻最早是由華南珠江中遊壹種特殊的普通野生稻馴化而來,秈稻是後來粳稻與當地野生稻雜交形成的,並作為最初的栽培種傳播到東南亞和南亞。通過高分辨率遺傳圖譜分析了這些馴化相關性狀。