眾所周知，水稻是最重要的主糧作物之一，養活了世界一半以上的人口。水稻的產量主要由三個核心要素決定：穗數、每穗粒數、粒重。然而，這三個性狀在水稻中通常呈負相關。比如穗子增大時，穗數減少。
4月22日，據中國科學院遺傳與發育生物學研究所官網，該所李家洋院士團隊揭示了水稻產量核心要素穗重和穗數之間相互制約的分子機制，為突破這一育種瓶頸提供了新的遺傳資源與研究思路。
研究人員介紹，IPA1是此前鑒定到的一個水稻株型調控的主效基因，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。但同時，IPA1也是一個典型的多效性基因，在增大穗部的同時使分蘗數降低，限制了其增加水稻產量的潛力。
為突破IPA1多效性造成的穗部和分蘗的制約關系，在此項最新的研究中，研究團隊提出了通過改造IPA1的順式調控區，分別調控其在幼穗、莖基部等各組織中的表達水平，實現不同表型的特異性調控，從而打破產量因素之間負效應的策略。
該團隊使用平鋪刪除(tiling deletion)的方法，通過多靶點CRISPR/Cas9對IPA1的順式調控區進行系統性高覆蓋度的片段刪除，創制出大量IPA1順式調控區平鋪刪除的基因編輯材料，并從中發掘出了一個可以同時提高分蘗數和穗粒數的編輯材料IPA1-Pro10及其對應的54bp關鍵順式作用元件。IPA1-Pro10具有穗重和穗數同時增加、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%，大大提高了水稻產量。此研究通過平鋪刪除策略，通過編輯篩選水稻關鍵基因的順式調控區成功實現了水稻產量關鍵要素間負相關性的解除，為通過創制全新遺傳資源打破水稻產量瓶頸提供了有效策略。
該研究論文題為“Targeting a gene regulatory element enhances rice grain yield by decoupling panicle number and size”，已發表在《自然-生物技術》期刊上。
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