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穗数、每穗粒数、粒重，这是决定水稻产量的三个核心要素。然而，这些性状通常会相互制约，优异性状往往难以兼得。我国科学家日前揭示了水稻穗重和穗数之间相互制约的分子机制，从而为打破这种制约关系提供了一种可行方法，为突破水稻产量瓶颈提供了新的遗传资源与研究思路。
该研究由中科院遗传与发育生物学研究所李家洋团队完成，相关成果21日在国际学术期刊《自然·生物技术》发表。
“不同农艺性状之间常常存在一种此消彼长的权衡效应，如植物高产与抗病、高产与高品质的负相关性等，使得这些优异性状难以兼得。”文章第一作者、中科院遗传发育所副研究员宋晓光说，水稻是最重要的主粮作物之一，打破产量性状之间的负相关，对于突破水稻产量瓶颈、维护粮食安全具有重要意义。
IPA1是此前李家洋团队鉴定到的一个水稻株型调控的主效基因，可用于调控水稻多方面生长发育过程，对抗病性和环境适应性也有重要调控作用，已广泛应用于优良水稻品种的培育。但IPA1是一个典型的多效性基因，在增大穗部的同时会使分蘖数降低，限制了其增加水稻产量的潜力。
在此项最新研究中，团队创制出大量IPA1顺式调控区平铺删除的基因编辑材料，并从中发掘出了可以同时提高穗重和穗数的编辑材料IPA1-Pro10，该编辑材料还同时具有株高变高、茎秆和根系粗壮的表型。经田间小区测产鉴定，IPA1-Pro10与对照品种中花11相比能够增产15.9%。该研究还进一步阐明了IPA1顺式调控区调控穗部表型的分子机制。
“该研究成功实现了水稻产量关键要素间负相关性的解除，为通过创制全新遗传资源打破水稻产量瓶颈提供了有效策略。”文章通讯作者、中科院遗传发育所研究员余泓说，未来对作物核心基因顺式调控区的系统功能挖掘，有望为突破现有作物育种瓶颈提供新的分子机制与遗传资源。
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