穗數、每穗粒數、粒重，這是決定水稻產量的三個核心要素。然而，這些性狀通常會相互制約，優異性狀往往難以兼得。我國科學家日前揭示了水稻穗重和穗數之間相互制約的分子機制，從而為打破這種制約關係提供了一種可行方法，為突破水稻產量瓶頸提供了新的遺傳資源與研究思路。
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該研究由中科院遺傳與發育生物學研究所李家洋團隊完成，相關成果21日在國際學術期刊《自然·生物技術》發表。
“不同農藝性狀之間常常存在一種此消彼長的權衡效應，如植物高產與抗病、高產與高品質的負相關性等，使得這些優異性狀難以兼得。”文章第一作者、中科院遺傳發育所副研究員宋曉光說，水稻是最重要的主糧作物之一，打破產量性狀之間的負相關，對於突破水稻產量瓶頸、維護糧食安全具有重要意義。
IPA1是此前李家洋團隊鑒定到的一個水稻株型調控的主效基因，可用於調控水稻多方面生長發育過程，對抗病性和環境適應性也有重要調控作用，已廣泛應用於優良水稻品種的培育。但IPA1是一個典型的多效性基因，在增大穗部的同時會使分櫱數降低，限制了其增加水稻產量的潛力。
在此項最新研究中，團隊創製出大量IPA1順式調控區平鋪刪除的基因編輯材料，並從中發掘出了可以同時提高穗重和穗數的編輯材料IPA1-Pro10，該編輯材料還同時具有株高變高、莖稈和根系粗壯的表型。經田間小區測產鑒定，IPA1-Pro10與對照品種中花11相比能夠增產15.9%。該研究還進一步闡明了IPA1順式調控區調控穗部表型的分子機制。
“該研究成功實現了水稻產量關鍵要素間負相關性的解除，為通過創製全新遺傳資源打破水稻產量瓶頸提供了有效策略。”文章通訊作者、中科院遺傳發育所研究員余泓說，未來對作物核心基因順式調控區的系統功能挖掘，有望為突破現有作物育種瓶頸提供新的分子機制與遺傳資源。