12月26日，《PNAS》杂志发表了由南京农业大学、江苏省农业科学院、中国水稻研究所等单位合作的最新科研成果，研究人员发现的一个可以影响水稻品质，提高水稻产量的新基因——qGL3。这篇题为“Rare allele of OsPPKL1 associated with grain length causes extra-large grain and a significant yield increase in rice ”的论文共有南京农业大学的张红生教授、中科院遗传与发育研究所的李家洋院士以及中国水稻研究所的钱前研究员3位共同通讯作者。
粒重、穗数和每穗粒数是决定水稻产量的三大要素。当每穗粒数和穗数达到理想水平时，改良粒重对于在水稻选育中进一步提高产量起重要的作用。粒重是由粒长、粒宽和粒厚所决定，它们都是多基因控制的数量性状。迄今为止，研究人员利用RFLP、RAPD、AFLP、SSR等分子标记定位了一些控制粒重和粒形的数量性状位点(Quantitative trait locus，QTL)，但鉴于粒重基因群的复杂性和分子技术的局限，精细定位并克隆的基因极少。
为了攻克这一难题，研究人员确定了一个可对水稻粒长和粒重产生巨大影响的等位基因qGL3，该基因有可能编码了一个具有Kelch重复域的蛋白磷酸酶OsPPKL1。此外，研究人员还在水稻基因组中发现了OsPPKL1的两个同系物：OsPPKL2和OsPPKL3。转基因研究表明OsPPKL1和OsPPKL3的功能是充当粒长的负调控子，而OsPPKL2则是充当正调控子。Kelch结构域是OsPPKL1发挥生物功能的必要条件。通过在OsPPKL1第二Kelch结构域一个保守的AVLDT 基序（motif）上引入天冬氨酸与谷氨酸置换，qGL3可导致长谷粒表型。田间试验表明应用qGL3等位基因可以通过影响粒长、粒重和籽粒充实度，从而显著提高近交和杂交水稻品种的产量。此项研究发现对于培育新的优良品种，大大提高水稻产量具有重要的意义。
论文摘要：
Grain size and shape are important components determining rice grain yield, and they are controlled by quantitative trait loci (QTLs). Here, we report the cloning and functional characterization of a major grain length QTL, qGL3, which encodes a putative protein phosphatase with Kelch-like repeat domain (OsPPKL1). We found a rare allele qgl3 that leads to a long grain phenotype by an aspartate-to-glutamate transition in a conserved AVLDT motif of the second Kelch domain in OsPPKL1. The rice genome has other two OsPPKL1 homologs, OsPPKL2 and OsPPKL3. Transgenic studies showed that OsPPKL1 and OsPPKL3 function as negative regulators of grain length, whereas OsPPKL2 as a positive regulator. The Kelch domains are essential for the OsPPKL1 biological function. Field trials showed that the application of the qgl3 allele could significantly increase grain yield in both inbred and hybrid rice varieties, due to its favorable effect on grain length, filling, and weight.
