據論文通訊作者、西南大學農學與生物科技學院何光華教授介紹,水稻產量的構成有“三要素”——畝穗數、每穗粒數、千粒重,其中每穗粒數是最重要的因素。每穗粒數的多少又受到水稻花序上一次枝梗數、二次枝梗數及其上著生小穗密度的影響。目前已鑒定的水稻高產基因主要是以增加枝梗數目或著粒密度來實現增產,我國主要高產水稻品種中已經含有這些優良等位基因。要想通過改良這些基因從而達到增產目的的難度較大,因此需要尋找增加每穗粒數的新途徑。
何光華介紹,每穗粒數的形成還有一個重要的影響因素——小穗內小花的數目,但正常水稻一個小穗內只包含一個可育小花。雖然早在上個世紀30年代英國植物學家阿格尼斯·阿爾伯就提出了水稻“三花小穗”假說,認為原始的稻花可能由三個小花構成,小穗中兩個“無用”的穎片器官可能是兩個側生小花退化而來,但該假說缺乏直接證據。
2013年以來,何光華和李云峰副教授領導的研究團隊利用EMS誘變(一種人工化學誘變技術),首次分離鑒定了一個顯性功能獲得性突變體lf1。該突變體小穗除了產生正常的頂生小花外,護穎處還發育出了1-2個包含正常器官的側生小花。通過圖位克隆、細胞學、分子生物學等手段,研究團隊揭示了LF1編碼的轉錄因子通過起始分生組織維持基因OSH1的異位表達來促進側生花分生組織形成的分子機制,明確證實了水稻“三花小穗”假說。
該研究同時為提高水稻產量提供了一條新的途徑。“通過培育‘三花小穗’水稻品種,理論上可以大幅度提高每穗粒數,從而實現水稻顯著增產。”李云峰說。
