高产基因，引领水稻新革命
【新闻回放】 5月24日，中国水稻研究所传来好消息，中科院遗传与发育生物学研究所李家洋院士和中国水稻研究所钱前研究员等人组成的科研团队，在世界上率先成功克隆出一个对水稻增产起着关键作用的水稻高产基因。
同天上午，国际著名学术期刊英国《自然·遗传学》杂志在线刊登了这一研究成果，国际著名学术期刊美国《科学》杂志也在其科学新闻栏目中报道了这一成果。“我们成功克隆的水稻IPA1基因，能使水稻产量提高10%以上。”钱前说，要想水稻产量高，关键要培育出“长相”好的理想株型水稻，让水稻长得又粗又壮、不容易倒，同时分蘖少、稻穗谷粒又多又重。而IPA1基因，正是一种能有效控制水稻株型、从而提高水稻产量的关键基因。水稻IPA1基因的成功克隆，为塑造水稻理想株型的分子育种直接提供了具有自主知识产权和重要应用价值的新基因，也为破解超级稻产量提升的分子奥秘提供了新线索。
水稻育种有了新载体
5月26日下午，匆匆赶回中国科学院遗传与发育生物学研究所实验室的中国科学院院士李家洋，顾不上吃晚饭，即向其团队成员布置了一项新的工作内容——立即安排一次国内有关育种专家参加的研讨会，讨论如何将新发现的水稻理想株型基因尽快应用于生产，发挥其在培育我国新型高产水稻新品种中的作用。
据介绍，株型是决定作物产量的关键因素，理想的水稻株型应该具有分蘖少、无无效分蘖、穗大粒多、茎秆粗壮等特征。针对这一关键因素，李家洋和他的团队开展了长期的基础研究。
然而，理想株型水稻受到多种基因和外界环境等因素的共同作用，目前，对水稻理想株型和产量形成的分子调控机制的认识还非常有限，研究难度很大。在农业部、科技部、国家自然科学基金委和浙江省科技厅等多部门的大力支持下，研究小组经过15年的协作与攻关，终于从中国水稻种质库的地方品种资源中成功分离出了IPA1基因，并在世界上首次对这一基因进行了成功克隆。
在实验中，他们把这一基因通过杂交方法加入到浙江省常规晚稻品种“秀水11”之后，其分蘖数明显减少，同时每条稻穗上的谷粒数量和重量显著增加，茎秆也变得更为粗壮，增强了抗倒伏能力，产量由此增加了10%以上。目前，科研人员正在利用这一基因进行后续研究，预计两三年内就能培育出更为高产的水稻新品种。
基因克隆，水稻高产的新突破
回溯水稻育种史，每一次重大突破无不与某个关键基因的发现与大规模应用有关：半矮秆水稻基因的发现，导致了水稻生产上的第一次绿色革命；袁隆平在海南岛发现的一株野败不育水稻，经多年努力，在全国大协作下将三系杂交稻配套成功，再次大幅提升水稻产量。
这次发现的IPA1基因突变后能使水稻植株具有粗秆、抗倒伏、分蘖少等优越性状，更适合未来农业的发展趋势，如能很好地利用，将会大幅度提高水稻产量。“我们通过一定面积的田间比对试验，得出增产10%左右的结果。但这一结果还不精细，如果在种植条件进一步优化的情况下，增产幅度还会提高。”李家洋说。
过去，在基础研究领域，科学家们更多地关注所研究水稻材料的新颖性，对综合性状的聚合、对其应用的关注较少，对水稻理想株型和产量形成的分子调控机制的认识非常有限。然而，株型改良在水稻产量的提高中发挥着重要作用，无论是杂交水稻育种，还是超级稻研究，其核心就在于借助水稻株型的改良来实现水稻单产的跃升。
专家表示，水稻IPA1基因的成功克隆，为塑造水稻理想株型的分子育种直接提供了具有自主知识产权和重要应用价值的新基因，也为破解超级稻产量提升的分子奥秘提供了新线索。
发现，并非一帆风顺
此前，李家洋课题组通过与钱前的合作，曾发现并克隆了控制水稻分蘖的重要基因。但这个基因却很难用于提高水稻产量，因为它在减少分蘖的同时，也导致了稻穗变小。于是，课题组开始考虑如何获得对产量有综合正效应性状的材料，如穗子大一些、千粒重多一些，更强壮一些(不易倒伏)，但具备上述性状的水稻材料很难在生产中找到，而且这种性状通常是由多个基因控制的。
2003年，他们在田间实验里偶然发现了一个具有理想株型特征的水稻材料，并分离出控制理想株型的主效数量性状基因。该基因的突变能够在生产上得到科学家所梦想的诸多优良性状，因而被命名为“理想株型1号”(即IPA1)。
如果能够把IPA1基因用于我国目前已有的高产水稻品种上，有望使高产水稻更高产。李家洋指出，过去育种学家也可能发现过具有这种理想性状的材料，但由于不清楚其形成的机理，很难应用于高产新品种的培育。现在对该基因的作用机理了解清楚后，就能够对其加以应用，使其在实际生产中发挥作用。
据介绍，近年来我国水稻单位产量提升缓慢，重要原因就在于水稻产量受多基因控制、性状复杂，而传统育种技术难以对水稻产量相关基因进行有效选择和聚合，只有通过分子育种技术加以解决。在目前技术条件下，理想株型水稻有可能达到亩产1000公斤。中国现在的水稻平均亩产为400多公斤，如果产量增加50%将达到亩产近700公斤，中国的粮食问题就能得到有效解决。而要达到这一目标，在发挥常规育种技术的基础上，必须通过现代基因育种技术，把抗病虫、高产、优质、广适、高效等优良性状聚合起来，培育出新的优异品种。而IPA1基因的发现，为这一目标的实现提供了坚实的基础。
广泛应用生产，还待时日
虽然IPA1基因具有巨大的应用价值，但广泛应用到生产上还有很长的路要走。如果把该基因导入一个主要的水稻品种中，其增产潜力有多大？不同的水稻品种具有不同的遗传背景，这些背景对该基因优异性状的表现会产生怎样的影响？这些问题目前还没有答案。
一个水稻新品种的培育一般需要5—10年时间，然而，在激烈的种业竞争形势下，各国科学家都在努力缩短育种周期，特别是在发现了一个控制水稻高产基因的时候。因此，对李家洋团队来说，加快众多优良基因的聚合、培育新品种显得尤为紧迫。 （克 农）
同天上午，国际著名学术期刊英国《自然·遗传学》杂志在线刊登了这一研究成果，国际著名学术期刊美国《科学》杂志也在其科学新闻栏目中报道了这一成果。“我们成功克隆的水稻IPA1基因，能使水稻产量提高10%以上。”钱前说，要想水稻产量高，关键要培育出“长相”好的理想株型水稻，让水稻长得又粗又壮、不容易倒，同时分蘖少、稻穗谷粒又多又重。而IPA1基因，正是一种能有效控制水稻株型、从而提高水稻产量的关键基因。水稻IPA1基因的成功克隆，为塑造水稻理想株型的分子育种直接提供了具有自主知识产权和重要应用价值的新基因，也为破解超级稻产量提升的分子奥秘提供了新线索。
水稻育种有了新载体
5月26日下午，匆匆赶回中国科学院遗传与发育生物学研究所实验室的中国科学院院士李家洋，顾不上吃晚饭，即向其团队成员布置了一项新的工作内容——立即安排一次国内有关育种专家参加的研讨会，讨论如何将新发现的水稻理想株型基因尽快应用于生产，发挥其在培育我国新型高产水稻新品种中的作用。
据介绍，株型是决定作物产量的关键因素，理想的水稻株型应该具有分蘖少、无无效分蘖、穗大粒多、茎秆粗壮等特征。针对这一关键因素，李家洋和他的团队开展了长期的基础研究。
然而，理想株型水稻受到多种基因和外界环境等因素的共同作用，目前，对水稻理想株型和产量形成的分子调控机制的认识还非常有限，研究难度很大。在农业部、科技部、国家自然科学基金委和浙江省科技厅等多部门的大力支持下，研究小组经过15年的协作与攻关，终于从中国水稻种质库的地方品种资源中成功分离出了IPA1基因，并在世界上首次对这一基因进行了成功克隆。
在实验中，他们把这一基因通过杂交方法加入到浙江省常规晚稻品种“秀水11”之后，其分蘖数明显减少，同时每条稻穗上的谷粒数量和重量显著增加，茎秆也变得更为粗壮，增强了抗倒伏能力，产量由此增加了10%以上。目前，科研人员正在利用这一基因进行后续研究，预计两三年内就能培育出更为高产的水稻新品种。
基因克隆，水稻高产的新突破
回溯水稻育种史，每一次重大突破无不与某个关键基因的发现与大规模应用有关：半矮秆水稻基因的发现，导致了水稻生产上的第一次绿色革命；袁隆平在海南岛发现的一株野败不育水稻，经多年努力，在全国大协作下将三系杂交稻配套成功，再次大幅提升水稻产量。
这次发现的IPA1基因突变后能使水稻植株具有粗秆、抗倒伏、分蘖少等优越性状，更适合未来农业的发展趋势，如能很好地利用，将会大幅度提高水稻产量。“我们通过一定面积的田间比对试验，得出增产10%左右的结果。但这一结果还不精细，如果在种植条件进一步优化的情况下，增产幅度还会提高。”李家洋说。
过去，在基础研究领域，科学家们更多地关注所研究水稻材料的新颖性，对综合性状的聚合、对其应用的关注较少，对水稻理想株型和产量形成的分子调控机制的认识非常有限。然而，株型改良在水稻产量的提高中发挥着重要作用，无论是杂交水稻育种，还是超级稻研究，其核心就在于借助水稻株型的改良来实现水稻单产的跃升。
专家表示，水稻IPA1基因的成功克隆，为塑造水稻理想株型的分子育种直接提供了具有自主知识产权和重要应用价值的新基因，也为破解超级稻产量提升的分子奥秘提供了新线索。
发现，并非一帆风顺
此前，李家洋课题组通过与钱前的合作，曾发现并克隆了控制水稻分蘖的重要基因。但这个基因却很难用于提高水稻产量，因为它在减少分蘖的同时，也导致了稻穗变小。于是，课题组开始考虑如何获得对产量有综合正效应性状的材料，如穗子大一些、千粒重多一些，更强壮一些(不易倒伏)，但具备上述性状的水稻材料很难在生产中找到，而且这种性状通常是由多个基因控制的。
2003年，他们在田间实验里偶然发现了一个具有理想株型特征的水稻材料，并分离出控制理想株型的主效数量性状基因。该基因的突变能够在生产上得到科学家所梦想的诸多优良性状，因而被命名为“理想株型1号”(即IPA1)。
如果能够把IPA1基因用于我国目前已有的高产水稻品种上，有望使高产水稻更高产。李家洋指出，过去育种学家也可能发现过具有这种理想性状的材料，但由于不清楚其形成的机理，很难应用于高产新品种的培育。现在对该基因的作用机理了解清楚后，就能够对其加以应用，使其在实际生产中发挥作用。
据介绍，近年来我国水稻单位产量提升缓慢，重要原因就在于水稻产量受多基因控制、性状复杂，而传统育种技术难以对水稻产量相关基因进行有效选择和聚合，只有通过分子育种技术加以解决。在目前技术条件下，理想株型水稻有可能达到亩产1000公斤。中国现在的水稻平均亩产为400多公斤，如果产量增加50%将达到亩产近700公斤，中国的粮食问题就能得到有效解决。而要达到这一目标，在发挥常规育种技术的基础上，必须通过现代基因育种技术，把抗病虫、高产、优质、广适、高效等优良性状聚合起来，培育出新的优异品种。而IPA1基因的发现，为这一目标的实现提供了坚实的基础。
广泛应用生产，还待时日
虽然IPA1基因具有巨大的应用价值，但广泛应用到生产上还有很长的路要走。如果把该基因导入一个主要的水稻品种中，其增产潜力有多大？不同的水稻品种具有不同的遗传背景，这些背景对该基因优异性状的表现会产生怎样的影响？这些问题目前还没有答案。
一个水稻新品种的培育一般需要5—10年时间，然而，在激烈的种业竞争形势下，各国科学家都在努力缩短育种周期，特别是在发现了一个控制水稻高产基因的时候。因此，对李家洋团队来说，加快众多优良基因的聚合、培育新品种显得尤为紧迫。 （克 农）
