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谷粒大小不僅是決定水稻產(chǎn)量的要素之一，而且對谷粒的外觀品質(zhì)有著重要影響。近日，中科院院士、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張啟發(fā)課題組在谷粒大小和粒型的調(diào)控研究方面取得重大進展。研究證實了水稻中GS3基因控制水稻籽粒大小，發(fā)現(xiàn)了該基因中控制籽粒大小的關(guān)鍵區(qū)域，命名為OSR（Organ Size Regulation）。該論文日前發(fā)表在美國《國家科學(xué)院院刊》上。

    由于谷粒大小是水稻生產(chǎn)中的重要性狀，張啟發(fā)課題組從1997年就開始了對控制水稻粒形基因GS3的研究，直到2006年找到這個基因，歷時9年。在此基礎(chǔ)之上，該組近年來對該基因的功能作了深入研究，證實了GS3是調(diào)控谷粒大小的主要基因，揭示了基因所編碼蛋白的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。

    據(jù)該論文第一作者茆海亮介紹，他們發(fā)現(xiàn)GS3基因編碼的蛋白存在相互對抗的前后兩個部分，其中前一段（N-端）是控制粒形的關(guān)鍵區(qū)域，即OSR，后面一段（C-端）對OSR的功能有抑制作用，GS3蛋白內(nèi)首尾兩部分之間的“博弈”最終決定籽粒的大小。

    進一步研究表明，沒有GS3蛋白（或該蛋白無功能）的水稻品種為長粒型（長度約10毫米），含有完整GS3蛋白的水稻品種粒型中等（約8毫米），而只有OSR的水稻品種的谷粒為短粒（約6毫米）。

    此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的優(yōu)良粳稻品種都帶有完整的GS3蛋白，表現(xiàn)為中等粒型，優(yōu)良長粒型秈稻品種的GS3蛋白無功能，通過對該基因的導(dǎo)入和替換，能有效地改變水稻品種的粒型，表明GS3對水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要的決定作用，是粒型的變異和演化的主要決定因子之一。

    值得注意的是，研究人員在其他物種中，包括玉米、大麥、大豆等也發(fā)現(xiàn)了GS3同源的基因，并且OSR在這些同源基因中都存在，說明這些基因有可能也控制著相應(yīng)物種種子的大小。由此可以預(yù)見，該研究成果在品種改良中將有著重大應(yīng)用前景。茆海亮認為：“首先該基因變異可作為分子標記直接應(yīng)用于水稻籽粒大小的選育，提高水稻產(chǎn)量；其次，根據(jù)水稻的研究信息，可以對其他物種的GS3同源基因進行克隆，從而指導(dǎo)相應(yīng)物種的品種改良。”