科技日报记者 过国忠 通讯员 陆江峰
科技日报记者22日从扬州大学获悉，该校农学院刘巧泉教授课题组通过编辑启动子和叶片特异超量表达的方式，对水稻GWD1基因功能进行了鉴定，发现了该基因是改良水稻农艺性状、提升水稻产量和品质的关键基因 。
该项目负责人李钱峰介绍，源库关系是决定作物整体农艺性状的核心。克隆和鉴定参与源库动态调控的关键基因是提高作物产量的关键。然而，目前在水稻中发现的具有潜在应用价值的源基因还很少。 葡聚糖水二激酶1（Glucan, Water-Dikinase 1, GWD1）在源组织瞬时淀粉降解途径的第一步发挥关键作用的酶，能够催化α-葡聚糖、ATP与水反应生成α-葡聚糖磷酸单酯、AMP和正磷酸盐。GWD1在植物中广泛存在，但目前有关其进化途径和酶的功能，大部分仍然未知。
“我们研究团队使用CRISPR/Cas9基因编辑系统对水稻GWD1基因的启动子区域进行修饰，对获得的gwd1突变体植株进行分析，发现启动子发生编辑后，GWD1基因表达下调，这对水稻的生长发育没有明显影响，但对其籽粒透明度和种子萌发有一定的影响。有意思的是，使用Osl2启动子在叶片中特异性超表达GWD1基因后，水稻的产量、粒形、稻米品质、种子萌发和抗逆性等多个关键性状均得到显著改善。”李钱峰说。
李钱峰告诉记者，该研究结果表明，GWD1不仅参与了源组织（如叶片）中的瞬时淀粉降解过程，在种子这一库组织中也发挥着重要的作用。这使得GWD1可以成为利用生物技术协同提高水稻产量和品质的理想靶基因。未来通过与良种、良法和先进装备技术融合，将有效改变水稻生产现状，促进水稻走向高产优质。 （扬州大学农学院供图）