韩斌院士Cell子刊发表水稻研究新成果

　　

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的研究人员报告称他们成功克隆出了An-2基因，并证实其编码的一种细胞分裂素合成酶调控了水稻芒长及谷物产量。这项研究发布在8月14日的《Molecular Plant》杂志上。

文章的通讯作者是中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的韩斌（Bin Han）研究员。其主要从事水稻基因组学、群体遗传学、水稻全基因组关联分析及栽培稻的起源和驯化等研究工作。2013年当选为中国科学院院士（延伸阅读：韩斌院士Nature子刊发表基因组研究新文章 ）。

水稻是最重要的粮食作物之一，是世界上约一半人口的主食，在全球范围都有分布，亚洲是主要的水稻产地。现代遗传学和考古学研究揭示亚洲栽培稻（Oryza sativa）是大约8000年前由它的祖先野生稻（Oryza rufipogon）驯化而来。在这一驯化过程中亚洲栽培稻和野生稻之间有许多的性状发生了显著的改变。野生稻通常易落粒、匍匐生长，具有长芒、黑壳，且每穗粒数少。相比之下，栽培稻不易落粒，异交率低，通常为无芒或短芒、黄壳，从匍匐生长变为直立生长。

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芒是水稻种子的形态特征之一，也是其他禾谷类作物穗部的重要组成部分，如大麦、小麦、燕麦、高粱等。芒是种子外稃的延伸，有利于种子传播、萌发，可以抵御鸟兽啄食。在驯化过程中，长芒可能因为其不利于收割和储藏而被人工选择。但是在一些禾谷类作物，如小麦和大麦中，芒仍被保留下来。在这些作物中，芒是重要的光合器官之一，其同化产物直接运往所着生的小穗，在灌浆后期对籽粒充实起重要的作用，在小麦中有芒品系普遍具有较高的产量和谷粒重量，特别是在受到干旱胁迫时更为明显。水稻的芒与小麦芒的结构不同，只有一个维管束，可能不参与光合作用。现在大部分栽培稻是无芒或短芒品种。

水稻芒的遗传学研究很早就受到科学家们的关注，然而目前为止大多数对控制水稻芒性状基因的研究局限于相关QTLs的初定位。在以往的研究中，韩斌院士课题组初定位得到了两个与芒相关的QTLs，An-1和An-2。研究确定了An-1是控制芒发育及调控穗粒数和粒长的主要QTL，并证实了An-1是一个驯化基因。

在这篇新文章中研究人员报告称他们克隆出了An-2基因，并证实它编码了一种叫做OsLOGL6的蛋白，OsLOGL6催化了野生稻细胞分裂素合成的最后一步。包含野生型等位基因An-2的近等基因系显示An-2通过增加细胞分裂促进了芒延伸，但却通过减少每穗粒数及单株分蘖数降低了谷物产量。

研究人员揭示An-2基因遗传变异造成了巨大的影响，缩短芒长及提高了栽培稻中的分蘖和粒数。表现分析证实An-1调控了芒原基的形成，An-2则促进了芒延伸。研究揭示相比于野生稻，栽培稻中An-2基因的核苷酸多样性显著下降，表明An-2基因经受了人工选择。

由此，作者们提出An-2遗传变异的人工选择导致了栽培稻中芒长缩短及谷物产量增高。

（生物通：何嫱）

作者简介：

韩斌

1992年在英国John Innes  Centre的 The Sainsbury Laboratory获得植物病原菌分子遗传学博士；1992年至1998年在英国剑桥大学植物科学系从事博士后研究；1998年回国在中科院国家基因研究中心从事水稻基因组学研究；2001年起任国家基因研究中心主任；2002年任上海生科院植物生理生态研究所副所长；2008年任中科院北京基因组所副所长；2012年任上海生科院副院长。先后获得过国家杰出青年科学基金、中科院“****”等资助，2013年入选中国科学院院士。研究成果获国家自然科学二等奖和上海市科技进步一等奖各1项。

研究方向:水稻基因组和功能基因组学研究

生物通推荐原文摘要：

An-2 Encodes a Cytokinin Synthesis Enzyme That Regulates Awn Length and Grain Production in Rice

A wide range of morphological and physiological traits have been changed between cultivated rice Oryza sativa and wild rice Oryza rufipogon under domestication. Here we report the cloning of An-2 gene, encoding a Lonely Guy Like protein 6 (OsLOGL6), which catalyzes the final step of cytokinin synthesis in O.rufipogon. The near-isogenic line harboring a wild allele An-2 in the genetic background of the awnless indica Guangluai 4 shows that An-2 promote awn elongation by enhancing cell division, but decreases grain production by reducing grains per panicle and tillers per plant. We reveal that a genetic variation in the An-2 locus has a large impact on reducing awn length and increasing tiller and grain numbers in domesticated rice. Expressional analysis demonstrates that An-1 regulates the formation of awn primordial, and An-2 promotes awn elongation. Nucleotide diversity of An-2 locus in cultivated rice was found to be significantly reduced compared to that of wild rice, suggesting that An-2 locus was subjected to artificial selection. We therefore proposed that the selection of the genetic variation in An-2 was due to reduced awn length and increased grain yield in cultivated rice.