JIA优先上线 | 中国农业大学朱作峰教授团队揭示水稻粒型调控新机制:非洲栽培稻基因OgGS3.2在亚洲栽培稻中正调控籽粒大小

水稻是全球半数以上人口的主粮作物，粒型是决定产量与外观品质的核心农艺性状。然而，长期对少数骨干亲本的过度依赖，导致现代水稻品种遗传基础日益狭窄、同质化严重，成为制约产量突破的关键瓶颈。非洲栽培稻（Oryza glaberrima）虽蕴藏丰富优异性状，却因与亚洲栽培稻（Oryza sativa）存在生殖隔离而长期难以利用。如何跨越种间屏障、挖掘非洲稻中的优质基因，是水稻育种领域的前沿科学问题。

针对这一科学问题，中国农业大学朱作峰教授团队利用多代回交与分子标记辅助选择构建渗入系，解析非洲栽培稻渗入片段对亚洲栽培稻粒型的正向调控，从非洲栽培稻中克隆了粒型调控基因OgGS3.2，并阐明了一个单碱基错义突变增大籽粒的分子机制为协同实现高产优质与拓宽遗传基础提供了新策略与关键基因资源。

近期，中国农业大学朱作峰教授团队完成的题为“The African rice gene OgGS3.2 enhances grain size in Asian rice”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）优先在线发表。

该研究以粳稻TC65为受体、非洲栽培稻WK21为供体，通过多代回交与标记辅助选择获得携带约2 Mb渗入片段的单片段渗入系NIL2，其粒型显著增大且其他农艺性状无显著不良变化。通过图位克隆在该渗入片段上定位到粒型调控基因OgGS3.2,并对其分子功能进行了验证。

主要发现如下：

01

非洲栽培稻约2 Mb染色体片段

导入亚洲栽培稻，实现粒型

显著增大且无显著负效应

通过多代回交与分子标记辅助选择，获得携带单一约2 Mb非洲稻渗入片段的单片段置换系NIL2。与受体亲本TC65相比，NIL2粒长增加6.2%、粒宽增加6.5%、千粒重增加15.9%，株高、分蘖数、穗粒数等农艺性状无显著变化，单株产量提高16%，展示了非洲稻优异基因在亚洲稻背景中的直接育种价值。

通过图位克隆，从渗入片段中鉴定到粒型调控基因OgGS3.2，其编码GRAS家族转录因子。遗传互补与过表达实验证实，该基因编码区一个A→G错义突变（导致第1025位氨基酸由组氨酸变为精氨酸）是导致籽粒增大的关键变异。

03

单倍型分析揭示G等位

基因在粳稻中稀有，

为粳稻育种提供稀缺资源

对169份非洲栽培稻和87份非洲野生稻的单倍型分析显示，H1为优势单倍型（占非洲栽培稻98.8%）。利用3000份亚洲栽培稻基因组数据分析发现，G等位基因在籼稻亚群中频率高达98%，而在粳稻亚群中仅占3%，A等位基因在粳稻中占97%。这表明非洲稻来源的G等位基因在粳稻中极其珍贵，可直接用于粳稻分子标记辅助育种。

中国农业大学农学院朱作峰教授和吴问广为该论文的通讯作者，博士后何苇为第一作者。

本研究得到国家自然科学基金（32261143756 and 31925029）、中央高校基本科研业务费专项资金（2024TC195）的资助。

| 图文由作者团队提供

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