水稻等作物的株型是決定其產(chǎn)量的核心因素之一。水稻株型的形成主要取決于植株高度、分蘗數(shù)目、分蘗角度以及穗形態(tài)等因素。在水稻育種中，株型的改良對(duì)水稻產(chǎn)量的提高發(fā)揮了重要作用，并一直是品種選育的重要指標(biāo)。
國(guó)際水稻研究所等研究機(jī)構(gòu)定義的理想水稻株型具有分蘗少、無(wú)效分蘗減少或無(wú)、穗粒數(shù)多、莖稈粗壯等特征。對(duì)于這樣一個(gè)理想株型的夢(mèng)想而言，育種的現(xiàn)實(shí)是必須在水稻生長(zhǎng)發(fā)育的不同時(shí)期協(xié)同調(diào)控相關(guān)性狀的"理想"形成，包括營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的分蘗與莖稈發(fā)育、生殖生長(zhǎng)期的穗型發(fā)育等。其中每一個(gè)性狀都是由非常復(fù)雜且了解甚少的機(jī)制所調(diào)控。因此，就現(xiàn)代發(fā)育生物學(xué)的原理而言，"理想株型"也是"夢(mèng)想株型"，是一個(gè)在短期內(nèi)幾乎難以取得突破的科學(xué)難題與技術(shù)難題。
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士和中國(guó)水稻研究所錢前研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)數(shù)年的聯(lián)合攻關(guān)，在闡明水稻理想株型形成的分子機(jī)理方面取得了突破性進(jìn)展。李家洋院士等利用具有理想株型特征的水稻材料"少蘗粳"，通過(guò)系統(tǒng)的遺傳學(xué)分析和圖位克隆等手段，分離鑒定了控制水稻理想株型的主效數(shù)量性狀基因IPA1 (Ideal Plant Architecture 1)。IPA1基因編碼一個(gè)含SBP-box的轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)控多個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，因而是一個(gè)多效基因。IPA1基因的突變導(dǎo)致分蘗數(shù)減少、莖稈粗壯、穗粒數(shù)和千粒重顯著增加，具有理想株型的典型特征。功能研究發(fā)現(xiàn)IPA1 mRNA的穩(wěn)定性與翻譯同時(shí)受到microRNA156的精細(xì)調(diào)控，從而揭示了調(diào)控理想株型形成的一個(gè)重要分子機(jī)制。
為了探索IPA1基因的應(yīng)用價(jià)值，李家洋院士等通過(guò)回交轉(zhuǎn)育方法將突變ipa1基因?qū)胨酒贩N"秀水11"中。通過(guò)對(duì)回交后代的近等基因系的分析發(fā)現(xiàn)，與其親本"秀水11"相比較，含突變ipa1基因的株系具有 "理想株型"的典型特征，在田間小區(qū)試驗(yàn)中產(chǎn)量增加了10%以上。
IPA1基因的研究成果為塑造水稻理想株型、培育超級(jí)水稻品種奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著研究的深入，將為突破水稻產(chǎn)量瓶頸提供全新的思路。這也是在水稻株型研究上取得的又一突破性成果，上述研究的主要結(jié)果近期發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature Genetics。日本的一個(gè)研究小組的類似的結(jié)果同時(shí)發(fā)表在該刊物上，SCIENCE對(duì)這兩項(xiàng)研究進(jìn)行了新聞評(píng)述，菲律賓國(guó)際水稻所的水稻遺傳學(xué)家Hei Leung評(píng)價(jià)說(shuō)：“這兩項(xiàng)研究是從遺傳學(xué)上闡明控制水稻產(chǎn)量的卓越成果”。
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