lgy3基因的发现有望提高水稻的品质和产量

水稻是世界重要的粮食作物之一，中国水稻播种面积占全国粮食作物的1/4。在农业生产中，水稻增产的重要措施之一是大量施用氮肥，但施用过多不仅增加种植成本，而且污染环境。因此，克隆氮高效利用的基因、提高水稻氮肥吸收利用效率是降低水稻生产成本、减少环境污染、稳定提高水稻产量的一种有效途经。

水稻的基因体是高等生物中基因定序最完整的，科学家辨识出的37500个基因中包含了数个影响重要农产未来的基因。遗传改良或基因工程是提高作物产量的有效手段之一。因此，寻找与高产相关的功能基因对于水稻高产育种具有重要的理论意义和应用价值。

DEP1基因位点是一个控制水稻产量性状的主效QTL（数量性状基因），并影响着水稻氮利用效率，该位点上的显性等位基因是一个功能性获得性突变，它能引起稻穗变短、直立、着粒密集，以及氮不敏感型营养生长。dep1基因能通过增加种子数量实现增产，对我国高产水稻育种贡献巨大，但其品质一般。优质水稻一般色泽透亮、形状细长，用专业词汇表述就是垩白面积少，垩白粒率低，长宽比大（如泰国香米，长宽比在3.2∶1左右）。

水稻产量由分蘖数、穗粒数、粒重等多种农艺性状决定，其增产研究也是涉及多个基因和环境综合作用的复杂问题，目前对水稻产量形成的分子基础的认识还非常有限，而且研究难度很大。因此，在既不改变高产的优良性状，又可以降低垩白、增加长宽比的条件下提高水稻品质是目前研究的重点。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究组在水稻优质和高产性状协同改良的研究中取得重要进展，厘清了植物细胞G蛋白信号转导途径调控种子大小作用的全新分子机制，为水稻高产优质分子设计育种直接提供了具有重要应用价值的新基因。如果将其应用到新品种水稻的培育中，将有望提高水稻的产量和品质。该研究项目得到了国家自然基金委和中国科学院分子模块设计育种创新体系先导科技专项资助。

研究人员从长粒型美国粳稻品种L204中成功分离并克隆了一个控制稻米产量和品质协同提升的重要基因LGY3，该基因编码一个MIKC型MADS-box家族蛋白OsMADS1。这个基因的突变可以让稻米变得更为细长，减少垩白率和垩白面积，提高稻米在外观、口感等多方面的品质。研究发现，OsMADS1转录因子可以直接与G蛋白γ亚基DEP1和GS3蛋白互作，共同调控下游靶基因的表达，最终实现水稻产量与品质协同提高。该项研究揭示了G蛋白通过与MADS转录因子互作的全新分子调控机制，同时为深入研究G蛋白信号转导途径的分子基础提供了新的切入点。

然而，在我国大面积种植的高产水稻品种中并不含有这种基因的变异类型，因此该课题组在进一步筛选并鉴定出具有育种利用价值的一个优异等位变异类型lgy3后，将其引入高产杂交水稻中，结果发现稻米品质不仅显着提升，而且产量也增加了7%以上。这说明lgy3基因可以将水稻优质和高产这两个优异性状有效结合。

综上所述，优异等位基因lgy3的发现和应用有望解决水稻高产与优质之间的矛盾，未来可用于“超级稻”新品种培育并推广，让更多稻米既好吃又高产，助力农民增收致富。