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国家自然科学奖公示内容 ( 2016 年度) 项目名称：水稻产量性状的遗传与分子生物学基础 推荐单位：中国科协 推荐意见： 该成果发掘定位了 104 个产量性状 QTL，克隆了调节水稻粒型的基因 GS3、GS5 及多效性基因 Ghd7，解析了水稻产量和适应性相关性状的遗传效应和作用模式。成 果在国际顶尖期刊发表论文（Nature Genetics）2 篇，其他 18 篇，被他人引用 2320 次，在国内外有重要影响，被评为 2008 年中国基础研究十大新闻，开发的分子标记 和基因被用于培育新品种。成果针对我国粮食增产重大科学问题，成果国际影响大， 促进科学与发展，服务国家需求方面贡献突出。 推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。 项目简介 水稻是我国最重要的粮食作物，高产优质一直是水稻遗传研究和育种的主要目 标之一。二十多年来，本项目围绕水稻产量形成的遗传和分子基础，开展了产量性 状位点的鉴定发掘，产量性状关键基因的分离克隆和分子遗传机理的系统研究，取 得了系列成果，为水稻遗传改良奠定了重要的理论与实践基础。 （1）发掘并定位 104 个产量性状 QTL，解析其遗传效应和作用模式，丰富了 数量遗传学理论。本项目早期创建了多个重组自交系、双单倍体群体和近等基因系 群体，利用 RFLP、SSR 多种分子标记构建高密度遗传连锁图，多年重复田间实验收 集表型数据，发掘定位了 104 个产量性状的数量性状位点（QTL，Quantitative Trait Locus），分析发现产量组分性状同时由主效和微效 QTLs 控制，单位点的遗传效应以 和二位点的互作效应是控制产量性状形成的主要遗传基础。 （2）克隆了调控水稻粒形的主效 QTL GS3，为水稻数量性状主效基因的克隆 和利用提供了范例。GS3 是国际上克隆的第一个水稻粒形 QTL，它通过控制粒长和 1 粒重，影响产量和外观品质。GS3 的一个碱基的突变导致编码的蛋白提前终止，产 生长粒；继续研究发现，GS3 蛋白含有一个植物特有的器官大小调控区，将其命名 为 OSR（Organ Size Regulation）结构域；该结构域是 GS3 发挥功能的关键，在植株 整体水平上也表现出对器官大小的调控效应。根据揭示的 GS3 在种质资源中的序列 特征，创建了多个功能标记，应用于水稻育种中。 （3）克隆正调控水稻粒宽的微效 QTL GS5，揭示了其调控的分子机理。用图 位克隆方法分离出控制水稻种子粒宽和千粒重的微效 QTL GS5，它是作物中克隆的 第一个种子大小的正调控因子。GS5 编码丝氨酸羧肽酶，通过调控细胞数目、控制 粒宽和灌浆速度，影响产量。种子大小与 GS5 基因表达量正相关，而与编码序列无 关，种子大小是启动子突变的结果。GS5 启动子的自然变异对水稻产量性状的改良 具有重要作用。该成果被教育部评为 2011 年中国高等学校十大科技进展。 （4）克隆控制水稻产量的多效性基因 Ghd7，发现了该基因的不同等位基因与 水稻品种区域适应性的关系。本项目鉴定和克隆了水稻多效性 QTL Ghd7，它编码一 个含 CCT 结构域蛋白，同时影响产量性状每穗粒数、开花期、株高等多个性状。Ghd7 对光周期敏感，在长日条件下，延迟开花，增加株高，增加每穗粒数，使珍汕 97 的 单株产量增加 50