文獻(xiàn) | Molecular Plant: 解密水稻半矮桿與應(yīng)用之謎

倒伏是影響水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素之一。自20世紀(jì)60年代以來，以作物矮化育種為標(biāo)志的“綠色革命”主要是利用赤霉素合成基因SD1的突變體，培育半矮稈性狀，提高作物（水稻）的抗倒伏能力，使水稻產(chǎn)量得到了大面積的顯著增加。經(jīng)過多年研究，雖然在水稻中發(fā)現(xiàn)了超過60個(gè)基因可以導(dǎo)致半矮稈性狀，但這些基因除影響莖稈長(zhǎng)度還影響其它農(nóng)藝性狀，難以應(yīng)用于培育抗倒伏品種。目前，SD1的突變?nèi)匀皇桥嘤景氚捫誀畹闹饕?。由于單一的可用基因，抗倒伏性狀的分子育種受到了較大限制。

近日，中國(guó)科學(xué)院分子植物創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所李來庚團(tuán)隊(duì)與湖南亞華種業(yè)科學(xué)研究院楊遠(yuǎn)柱團(tuán)隊(duì)通過多年合作，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的特異調(diào)控水稻莖稈基部節(jié)長(zhǎng)度的基因，該基因在培育水稻半矮稈性狀，提高抗倒伏能力，增加大面積水稻產(chǎn)量方面顯示了重要的應(yīng)用價(jià)值。研究結(jié)果于近日以“Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice”為題發(fā)表在Molecular Plant上。

矮稈突變體SV14S是一個(gè)在水稻育種上被廣泛應(yīng)用的溫敏不育系，它的莖稈基部節(jié)間顯著縮短，顯示良好的抗倒伏能力。遺傳分析表明該莖稈基部節(jié)間縮短是由單一基因控制的半顯性遺傳性狀，該基因命名為Shornted Basal Internodes（SBI）。結(jié)合圖位克隆和基因組技術(shù)，發(fā)現(xiàn)SBI編碼一個(gè)尚未報(bào)道的GA2氧化酶，在莖稈基部節(jié)間高表達(dá)。酶功能分析證明SBI編碼的GA2氧化酶可以將活性赤霉素轉(zhuǎn)化為非活性赤霉素化合物。水稻中SBI存在兩個(gè)等位變異基因型，導(dǎo)致SBI酶催化活性顯著不同。高活性的SBI位點(diǎn)使得水稻莖稈基部節(jié)中活性赤霉素含量顯著降低，從而抑制基部節(jié)間的伸長(zhǎng)（如圖所示）。體內(nèi)和體外研究結(jié)果證明位于SBI蛋白序列保守區(qū)域的第338位氨基酸的差異是影響SBI酶活性的關(guān)鍵位點(diǎn)。通過對(duì)大量水稻品種基因分析發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)的變化影響水稻品種株高及莖稈基部節(jié)間長(zhǎng)度。同時(shí)，基因演化分析表明SBI等位基因之間的差異很可能來自于不同祖先的野生稻群體。在過去15年左右，利用SBI等位變異培育出了一系列具有合理莖稈節(jié)長(zhǎng)度結(jié)構(gòu)、高度抗倒伏能力的水稻新品種，這些品種在大面積種植中顯示出良好的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適等特性。

SBI基因編碼GA2氧化酶調(diào)控水稻品種株高及莖稈基部節(jié)間長(zhǎng)度

SBI基因的發(fā)現(xiàn)為塑造理想的水稻莖稈節(jié)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和株高表型提供了難得的基因資源，為培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的抗倒伏水稻新品種提供了新的有效策略。

據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)院分子植物創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所李來庚研究員與湖南亞華種業(yè)科學(xué)研究院楊遠(yuǎn)柱研究員為該論文的共同通訊作者，*作者為李來庚課題組博士研究生劉暢。中國(guó)科學(xué)院分子植物創(chuàng)新中心韓斌研究員，湖南大學(xué)劉選民教授參加了部分工作。

通訊作者簡(jiǎn)介

李來庚，研究員，博士生導(dǎo)師，1997年美國(guó)密西根理工大學(xué)獲博士學(xué)位。2007年回國(guó)，獲國(guó)家杰出青年基金，中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”終期評(píng)估?，F(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院分子植物創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所研究員。長(zhǎng)期從事植物細(xì)胞合成與調(diào)控的分子遺傳與生物技術(shù)研究，以楊樹和水稻為材料，研究細(xì)胞壁形成與木材材性調(diào)控，細(xì)胞壁形成與作物（水稻）抗倒伏性狀關(guān)系等。在Developmental Cell、Plant Cell、PNAS、Molecular Plant等雜志發(fā)表論文70余篇, 據(jù)Elsevier統(tǒng)計(jì)，連續(xù)多年入選農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)領(lǐng)域高引中國(guó)學(xué)者。更多信息請(qǐng)?jiān)L問李來庚實(shí)驗(yàn)室主頁(yè)查看：http://sippe.ac.cn/llg/

楊遠(yuǎn)柱，研究員，現(xiàn)任袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司副總裁、湖南亞華種業(yè)科學(xué)研究院院長(zhǎng)。國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)水稻專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)作物學(xué)會(huì)理事，湖南大學(xué)、湖南師范大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等大學(xué)兼職教授。從事水稻育種36年，主持和參與育成水稻品種222個(gè)，其中主持國(guó)家審定53個(gè)，累計(jì)推廣面積5億多畝。獲全國(guó)勞動(dòng)*、政府特殊津貼、中青年有突出貢獻(xiàn)專家、全國(guó)科技工作者等榮譽(yù)。獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)1次，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)7次，發(fā)表論文100余篇。

（轉(zhuǎn)自BioArt植物)

以下截圖來至文章：

李來庚研究組使用翊圣的Hieff Mut^TM Site-Directed Mutagenesis Kit 定點(diǎn)突變?cè)噭┖校–AT：11003），以SBI^SV14的cDNA序列為模板進(jìn)行突變，成功獲得產(chǎn)生SBI^D308N和SBI^G338R兩個(gè)單點(diǎn)突變位點(diǎn)，為課題的后續(xù)研究開展提供強(qiáng)有力的工具。

翊圣生物匠心研究，精益求精。實(shí)現(xiàn)了“定點(diǎn)突變技術(shù)”由理論到應(yīng)用的升級(jí)，研發(fā)出Hieff Mut^TM 系列定點(diǎn)突變產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品是基于Hieff Clone^TM快速克隆技術(shù)的定點(diǎn)突變系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)質(zhì)粒擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)DpnI消化、Hieff Clone^TM重組環(huán)化后直接進(jìn)行轉(zhuǎn)化即可完成定點(diǎn)突變的過程。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
（1） Hieff^TM Pfu DNA Polymerase擴(kuò)增模塊：提供zui高保真度的擴(kuò)增，可擴(kuò)增20 kb以內(nèi)的質(zhì)粒；擴(kuò)增以指數(shù)方式進(jìn)行，極大減少了模板使用量，有利于原始甲基化模板的*降解。

（2）Hieff Clone^TM快速克隆模塊：利用的同源重組反應(yīng)替代傳統(tǒng)的退火成環(huán)反應(yīng)可環(huán)化PCR產(chǎn)物。

（3）DpnI酶：充分有效降解未突變的質(zhì)粒模板。

上海翊圣生物科技有限公司（Yeasen Biotech Co., Ltd.）成立于2009年，是專注于酶制劑和抗原抗體開發(fā)的高新技術(shù)型企業(yè)，致力于為生命科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)的科研客戶及醫(yī)療相關(guān)行業(yè)的工業(yè)客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和的服務(wù)。

公司現(xiàn)階段建設(shè)有分子、蛋白、細(xì)胞和免疫四大技術(shù)平臺(tái)。擁有全面豐富的產(chǎn)品線，包括PCR、qPCR、高保真DNA聚合酶、逆轉(zhuǎn)錄相關(guān)制劑、克隆試劑盒、高通量MaxUP系列DNA和RNA建庫(kù)試劑盒、細(xì)胞培養(yǎng)、支原體檢測(cè)、預(yù)防、去除試劑，以及體外診斷相關(guān)的酶原料、試劑和磁珠等。