科技

培育最理想的水稻

水稻株型的構(gòu)成元素主要包括株高、分蘗（即分枝）數(shù)目、分蘗角度和穗型等。水稻株型的形成既受到遺傳因素（基因）的嚴(yán)格控制，同時也受到植物激素等內(nèi)部生理因素和生長環(huán)境因素的調(diào)控。今天，育種學(xué)家在長期水稻育種實踐中，總結(jié)出理想株型的模式：根系發(fā)達、莖稈強壯、分蘗數(shù)適中、無效分蘗（即不產(chǎn)生谷穗的分蘗）少、穗粒數(shù)多等。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團隊及其合作者對水稻株型進行了二十余年的研究，發(fā)現(xiàn)了水稻株型形成的基本原理并探索了在育種實踐中的應(yīng)用。其中最突出的貢獻是與中國水稻研究所錢前研究員團隊、中國科學(xué)院上海植物生理與生態(tài)研究所何祖華研究員團隊等合作發(fā)現(xiàn)了水稻理想株型形成的奧秘，并直接用于水稻分子育種。

李家洋等發(fā)現(xiàn)“理想株型”（IPA1）基因是一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的核心組分，直接調(diào)控水稻理想株型的形成。在此基礎(chǔ)上，李家洋等將IPA1的不同遺傳變異形式直接用于分子育種，獲得了莖稈粗壯抗倒伏、無效分蘗減少、穗子增大等具有理想特征的新材料和新品種，從而在理論和應(yīng)用兩方面建立了水稻“理想株型”調(diào)控模型，并為其他禾谷類作物育種提供了理論模式。

李家洋團隊發(fā)現(xiàn)水稻D53蛋白是獨腳金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)調(diào)控元件，而獨腳金內(nèi)酯本身促進D53蛋白降解，以此解除對獨腳金內(nèi)酯信號途徑的抑制。通過這種精巧的反饋模式，精確地調(diào)控水稻的分蘗數(shù)目。該項發(fā)現(xiàn)是獨腳金內(nèi)酯信號通路及其調(diào)控水稻株型發(fā)育研究領(lǐng)域的重大突破。

李家洋團隊經(jīng)過艱苦的努力，發(fā)現(xiàn)D53和IPA1位于同一個調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，且D53蛋白直接調(diào)控IPA1蛋白的生物學(xué)活性，進而調(diào)控該復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的其他基因并控制水稻分蘗。該研究為水稻株型形成復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的2個核心組分畫上了一條靚麗的連接線，是該領(lǐng)域的另一項重大科學(xué)突破。相關(guān)研究成果于近日在《細(xì)胞研究》雜志在線發(fā)表。

（光明日報）

科研人員解析大豆灰斑病菌基因組信息

大豆灰斑病，又稱褐斑病、蛙眼病，由真菌引起，是一個世界性的病害，大豆灰斑病菌引起的病害在東北地區(qū)造成的產(chǎn)量損失在10%～30%之間。在阿根廷和巴西等國，據(jù)報道損失可達60%以上。

中科院微生物所劉俊課題組和黑龍江大學(xué)馬淑梅教授合作，在田間分離了多個致病的生理小種，其中發(fā)現(xiàn)的1號生理小種具有很強的致病性，是黑龍江地區(qū)的一個主要致病優(yōu)勢小種，正常年份引起的產(chǎn)量損失可達30%。劉俊課題組利用單分子實時測序技術(shù)對該菌進行了全基因組測序，LC-MS/MS分析也顯示了這些次生代謝類物質(zhì)在真菌侵染過程中產(chǎn)生，可能與其致病力有關(guān)。

進一步的分析發(fā)現(xiàn)，該病菌基因組編碼的細(xì)胞壁降解酶的基因與其他真菌相比，數(shù)量相對較少，研究還發(fā)現(xiàn)該菌基因組編碼了約233個效應(yīng)蛋白。隨機挑選的50個效應(yīng)蛋白中，約1/3參與了對大豆的免疫抑制，說明這些效應(yīng)蛋白對該菌的致病性有重要意義。

該研究成果已在線發(fā)表在基因組學(xué)領(lǐng)域國際重要期刊《DNA Research》上。

（中國科學(xué)院大學(xué)網(wǎng)）

科學(xué)家揭示植物干細(xì)胞調(diào)控新機制

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院趙忠課題組研究揭示了植物干細(xì)胞調(diào)控的新機制。研究表明，超氧根和過氧化氫作為新的信號調(diào)控植物干細(xì)胞的維持與分化。在植物莖頂端分生組織（SAM）中，超氧根主要在干細(xì)胞CZ富集，而過氧化氫主要在分化細(xì)胞PZ富集，這種分布模式依賴于一系列活性氧代謝基因在SAM中特異表達模式，研究發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的超氧化物歧化酶特異在分化細(xì)胞PZ表達而過氧化物酶在干細(xì)胞CZ特異表達。該研究揭示這種新的干細(xì)胞調(diào)控的信號可能在植物和動物中是保守的，并為研究ROS-介導(dǎo)的干細(xì)胞命運的調(diào)控機制提供了理論基礎(chǔ)。

該研究是在科技部、中科院以及國家自然科學(xué)基金委的資助下完成的。研究發(fā)表在《EMBO Journa》上。

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)）

水稻BR信號和株型調(diào)控取得進展

中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所科研人員首次發(fā)現(xiàn)水稻轉(zhuǎn)錄因子OsWRKY53能夠正向調(diào)控BR信號，OsWRKY53基因過表達轉(zhuǎn)基因水稻（OsWRKY53-OE）呈現(xiàn)出葉傾角增大、種子增大、其葉傾角對外源的BR處理超敏感等一系列BR信號增強的表型；而突變體（OsWRKY53）表現(xiàn)出葉傾角變小、種子變小、株高變矮、其葉傾角對外源的BR處理敏感性下降等一系列BR信號缺陷的表型。這說明OsWRKY53是BR信號的一個新的正調(diào)控因子。進一步研究分析發(fā)現(xiàn)，OsWRKY53與絲裂原激活蛋白激酶OsMAPK6之間存在互作關(guān)系，并且OsMAPK6能夠磷酸化OsWRKY53。體外激酶測定實驗分析發(fā)現(xiàn)，OsWRKY53N端SP cluster序列中的Ser是主要的OsMAPK6磷酸化位點。將其中的Ser突變成Ala后，由于不能被OsMAPK6磷酸化，OsWRKY53（SA）過表達轉(zhuǎn)基因水稻表現(xiàn)出與野生型類似的表型；而將其中的Ser突變成Asp后，由于能夠被OsMAPK6組成型磷酸化，OsWRKY53（SD）過表達轉(zhuǎn)基因水稻呈現(xiàn)出更加顯著的BR信號增強的表型。這說明OsWRKY53被OsMAPK6磷酸化是其發(fā)揮BR信號正調(diào)控因子功能的關(guān)鍵。

研究揭示了水稻轉(zhuǎn)錄因子OsWRKY53能夠正向調(diào)控BR信號和水稻株型，這不僅豐富了BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，而且挖掘了OsWRKY53未被報道的生物功能，對不同激素之間信號識別、信號交流和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)提供新的研究思路和研究視角，具有重要的理論和應(yīng)用價值。

研究成果在線發(fā)表在《Plant Physiology》上，相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項、黑龍江省自然科學(xué)基金和中科院百人計劃的資助。

（搜狐網(wǎng)）

袁隆平宣布重大成果：水稻親本去鎘技術(shù)獲突破

“近期我們在水稻育種上有了一個突破性技術(shù)，可以把親本中的含鎘或者吸鎘的基因‘敲掉’，親本干凈了，種子自然就干凈了?！苯?，在2017年國家水稻新品種與新技術(shù)展示現(xiàn)場觀摩會上，中國工程院院士、“雜交水稻之父”袁隆平宣布了這項重大成果。

（中國農(nóng)業(yè)新聞網(wǎng)-農(nóng)民日報）

國家重點研發(fā)計劃專項“種子繁育技術(shù)裝備研發(fā)”在青島啟動

近日，國家重點研發(fā)計劃專項“種子繁育技術(shù)裝備研發(fā)”近日在青島啟動，這個項目由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)牽頭主持，計劃2020年12月完成。

目前我國種子繁育技術(shù)受機械化水平制約，新品種的推出周期、種子品質(zhì)均落后于歐美發(fā)達國家。因此，亟須研究包括小區(qū)精量播種、去雄授粉、高凈度收獲、精細(xì)選別、活性和健康檢測等關(guān)鍵技術(shù)裝備，盡快提升種子繁育的機械化效率與精度。

“種子繁育技術(shù)裝備研發(fā)”項目將針對種子繁育過程中存在的種子質(zhì)量低、制種成本高、生產(chǎn)效率低等問題，提高種子繁育生產(chǎn)率與作業(yè)精度，降低作業(yè)成本；在國家重點育種基地試驗示范，建立高品質(zhì)、高效率的種子繁育與加工機械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)體系，以保障優(yōu)質(zhì)品種的選育，構(gòu)建更加規(guī)?；?、專業(yè)化、機械化、標(biāo)準(zhǔn)化的種子繁育工程技術(shù)裝備體系。

據(jù)了解，這個項目由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院、北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心等3家科研院所，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等6所高校和5家企業(yè)組成的創(chuàng)新團隊共同承擔(dān)。

（新華社）

小麥穗型調(diào)控分子模塊解析取得新進展

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所焦雨鈴研究組和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王向峰研究組合作，利用前人篩選出的我國小麥微核心種質(zhì)，通過轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析和基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析的策略研究了幼穗發(fā)育的基因表達調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并驗證了其中的關(guān)鍵因子在穗粒數(shù)調(diào)控中的作用。研究結(jié)果得到了多個與穗粒數(shù)相關(guān)的核心共表達模塊。研究人員對其中10個基因進行了過表達分析，發(fā)現(xiàn)過表達基因 TaTFL1可以延長幼穗分化時間，增加小穗數(shù)、小花數(shù)和穗粒數(shù)；過表達基因TaPAP2，TaVRS1 可以縮短幼穗分化時間，減少小穗數(shù)、小花數(shù)和穗粒數(shù)。以上研究結(jié)果為研究人員進一步解析小麥穗發(fā)育的遺傳調(diào)控提供了理論基礎(chǔ)，并對有效利用與穗粒數(shù)相關(guān)的分子模塊進行了初步技術(shù)驗證。環(huán)球

（中國科學(xué)院網(wǎng)）

CRISPR編輯技術(shù)能“定制”農(nóng)作物

基因編輯技術(shù)不僅可用于疾病治療，在農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域也極具應(yīng)用潛力。美國冷泉港實驗室研究人員日前的一項新實驗表明，使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)（簡稱CRISPR編輯技術(shù)），編輯農(nóng)作物“產(chǎn)量”基因的啟動子，可對作物數(shù)量性狀產(chǎn)生微妙影響。研究人員稱，育種專家可以利用這種手段“定制”農(nóng)作物，以適應(yīng)不同環(huán)境，從而提高作物產(chǎn)量。

啟動子是基因的一個組成部分，可以控制基因表達的起始時間和表達程度。研究人員稱，利用基因編輯技術(shù)，通過基因啟動子對作物基因表達進行微調(diào)，而不是刪除基因或鈍化其編碼蛋白質(zhì)的能力，可更靈活地改善作物的數(shù)量性狀。育種者可以根據(jù)種植環(huán)境的差異來“定制”作物，選擇最理想的變異，以最大程度提高作物產(chǎn)量。

研究人員刊發(fā)在《細(xì)胞》雜志上的論文稱，他們以番茄為對象進行了實驗，使用CRISPR“剪刀”對番茄基因組序列進行多次切割，在三個基因啟動子中創(chuàng)建出不同的突變組，這些突變會影響番茄的果實尺寸、分枝結(jié)構(gòu)和整個植株形態(tài)，而這些性狀和產(chǎn)量密切相關(guān)。研究人員稱，可通過調(diào)整這些性狀特征，達到使番茄增產(chǎn)目的。

領(lǐng)導(dǎo)該項研究的扎卡里·李普曼教授指出，隨著人口數(shù)量增長，目前農(nóng)作物產(chǎn)量的增長速度將無法滿足人類未來需求。農(nóng)作物在自然演進過程中，不會有太多的基因變異產(chǎn)生，而沒有足夠的基因變異，尤其是那些可能涉及幾十個基因、與產(chǎn)量密切相關(guān)的主要性狀的變異，育種專家也沒辦法培育出高產(chǎn)的作物種子。即使發(fā)現(xiàn)了有益的基因變異，要將其轉(zhuǎn)化為最好的作物品種，使用傳統(tǒng)的育種手段，也需要大量的時間，還必須每年不斷地改進。而利用基因編輯技術(shù)，則可以直接產(chǎn)生和選擇最理想的變異，控制基因活性，不僅可以加速作物的改良，同時還使其結(jié)果更可以預(yù)測。

研究人員稱，他們的這一方法，不只對番茄品種的改良有效，也可用于包括水稻、玉米、高粱和小麥在內(nèi)的多種農(nóng)作物。

（基因農(nóng)業(yè)網(wǎng)）

植物耐旱耐鹽非編碼RNA找到

美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種長鏈RNA（核糖核酸）能增強實驗植物擬南芥耐受干旱和鹽分的能力，這項發(fā)現(xiàn)將有助于開發(fā)農(nóng)林植物新品種。

RNA通常由DNA（脫氧核糖核酸）轉(zhuǎn)錄而成，在生物體內(nèi)普遍存在。美國得克薩斯農(nóng)業(yè)與機械大學(xué)近日發(fā)布新聞公報說，該校研究人員新發(fā)現(xiàn)的長鏈RNA屬于非編碼RNA，不參與編碼蛋白質(zhì)，但能調(diào)節(jié)其他基因表達，提高植物對惡劣環(huán)境耐受力。

研究人員說，這種RNA被稱為DRIR，正常情況下在植物體內(nèi)含量較少，但是當(dāng)植株遇到干旱或高鹽分等壓力環(huán)境時，其水平就會上升。使用一種抑制植物生長、促進葉子脫落的激素——脫落酸，可人為提高植物體內(nèi)DRIR的水平。

實驗表明，用脫落酸使擬南芥體內(nèi)DRIR含量上升可顯著提高缺水或氯化鈉含量較高的土壤里植株的生存率。此外，有一種基因變異可增強DRIR的表達，同樣具有增強植株耐旱、耐鹽能力的效果?；蚍治鲲@示，植物體內(nèi)高水平的DRIR改變了許多基因表達，影響植株的水分輸送、抗壓能力和脫落酸信號傳導(dǎo)等。

相關(guān)論文已發(fā)表在新一期美國《植物生理學(xué)》雜志上。

（新華網(wǎng)）

孟山都推動農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)科學(xué)平臺轉(zhuǎn)型

2013年，孟山都公司收購氣候公司時，這家公司向美國農(nóng)民提供一項名為“Climate BasicTM”的基于互聯(lián)網(wǎng)和移動端的免費服務(wù)，通過先進的數(shù)據(jù)科學(xué)向農(nóng)民提供從土壤濕度到農(nóng)作物生長周期到當(dāng)前與未來天氣的田間數(shù)據(jù)，以此來幫助農(nóng)民優(yōu)化日常決策。

據(jù)介紹，2017年Climate FieldViewTM數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺應(yīng)用農(nóng)田面積達7.2億畝，其中付費使用面積達2.1億畝。

現(xiàn)在，孟山都公司正將這一數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺拓展到更多國家。2017年，該平臺覆蓋加拿大約300萬畝農(nóng)田；同年5月，該平臺在巴西發(fā)布，與100名農(nóng)民合作進行了600萬畝農(nóng)田的測試；2017年，在歐洲發(fā)布測試版，并收購了歐洲的農(nóng)場數(shù)據(jù)管理軟件公司VitalFields。

（科技日報）