5月26日下午，匆匆趕回中國科學院遺傳與發育生物學研究所實驗室的中國科學院院士李家洋，顧不上吃晚飯，即向其團隊成員布置了一項新的工作內容——立即安排一次國內有關育種專家參加的研討會，討論如何將新發現的水稻理想株型基因盡快應用于水稻農業生產，發揮其在培育我國新型高產水稻新品種中的作用。
3天前，國際著名學術期刊英國《自然—遺傳學》雜志和美國《科學》雜志相繼報道了由中日科學家共同發現的被稱為OsSPL14基因(又稱IPA1基因)的重要成果，這是一個影響諸多農藝性狀、可有效控制水稻理想株型、進一步提高產量的關鍵基因。
李家洋的緊密部署讓他的團隊成員再次感到壓力。“李老師的工作總是具有前瞻性的，這是一項一開始就針對水稻生產的基礎性研究。”一位團隊成員對《科學時報》記者說。
株型是決定作物產量的關鍵因素，理想的水稻株型應該具有分蘗少、無無效分蘗、穗大粒多、莖稈粗壯等特征。針對這一關鍵因素，李家洋和他的團隊開展了長期的基礎研究，而IPA1(Ideal Plant Architecture 1，即理想株型1號)基因的成功克隆，為塑造水稻理想株型的分子育種提供了有重要應用價值的新基因。在水稻的生產方面，早在3年前，李家洋團隊的長期合作者、中國農業科學院中國水稻研究所研究員錢前，就開始通過雜交方式將IPA1基因導入主要水稻品種，進行培育新品種的工作，目前已經得到一些很有前途的中間材料。
基因育種引發的綠色革命
回溯水稻育種史，每一次重大突破無不與某個關鍵基因的發現與大規模應用有關：半矮稈水稻基因的發現，導致了水稻生產上的第一次綠色革命；袁隆平在海南島發現的一株野敗不育水稻，經多年努力，在全國大協作下將三系雜交稻配套成功，再次大幅提升水稻產量。
這次發現的IPA1基因突變后能使水稻植株具有粗稈、抗倒伏、分蘗少等優越性狀，更適合未來農業的發展趨勢，如能很好地利用，將會大幅度提高水稻產量。“我們通過一定面積的田間比對試驗，得出增產10%左右的結果。但這個結果還不精細，如果在種植條件進一步優化的情況下，增產幅度還會提高。”李家洋說。
過去，在基礎研究領域，科學家們更多地關注所研究水稻材料的新穎性，對綜合性狀的聚合、對其應用的關注較少，對水稻理想株型和產量形成的分子調控機制的認識非常有限。然而，株型改良在水稻產量的提高中發揮著重要作用，無論是雜交水稻育種，還是超級稻研究，其核心就在于借助水稻株型的改良來實現水稻單產的躍升。
此前，李家洋課題組通過與錢前的合作，曾發現并克隆了控制水稻分蘗的重要基因。但這個基因卻很難用于提高水稻產量，因為它在減少分蘗的同時，也導致了稻穗變小。于是，課題組開始考慮如何獲得對產量有綜合正效應性狀的材料，如穗子大一些、千粒重多一些，更強壯一些(不易倒伏)，但具備上述性狀的水稻材料很難在生產中找到，而且這種性狀通常是由多個基因控制的。
2003年，他們在田間實驗里偶然發現了一個具有理想株型特征的水稻材料，并分離出控制理想株型的主效數量性狀基因。該基因的突變能夠在生產上得到科學家所夢想的諸多優良性狀，因而被命名為“理想株型1號”(即IPA1)。
如果能夠把IPA1基因用于我國目前已有的高產水稻品種上，有望使高產水稻更高產。李家洋指出，過去育種學家也可能發現過具有這種理想性狀的材料，但由于不清楚其形成的機理，很難應用于高產新品種的培育。現在對該基因的作用機理了解清楚后，就能夠對其加以應用，使其在實際生產中發揮作用。
據介紹，近年來我國水稻單位產量提升緩慢，重要原因就在于水稻產量受多基因控制、性狀復雜，而傳統育種技術難以對水稻產量相關基因進行有效選擇和聚合，只有通過分子育種技術加以解決。在目前技術條件下，理想株型水稻有可能達到畝產1000公斤。中國現在的水稻平均畝產為400多公斤，如果產量增加50%將達到畝產近700公斤，中國的糧食問題就能得到有效解決。而要達到這一目標，在發揮常規育種技術的基礎上，必須通過現代基因育種技術，把抗病蟲、高產、優質、廣適、高效等優良性狀聚合起來，培育出新的優異品種。而IPA1基因的發現，為這一目標的實現提供了堅實的基礎。
雖然IPA1基因具有巨大的應用價值，但廣泛應用到生產上還有很長的路要走。如果把該基因導入一個主要的水稻品種中，其增產潛力有多大？不同的水稻品種具有不同的遺傳背景，這些背景對該基因優異性狀的表現會產生怎樣的影響？這些十分實際但又非常關鍵的問題目前還沒有答案。
通常，一個水稻新品種的培育需要5～10年時間，然而在激烈的競爭形勢下，各國科學家都在努力縮短育種周期，特別是在發現了一個控制水稻高產基因的時候。因此，對李家洋團隊來說，加快眾多優良基因的聚合、培育新品種的任務尤為緊迫。
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