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让稻花在“对的时间”相遇！华农团队取得杂交水稻研究重要进展

来源：花匠小妙招时间：2024-12-14 22:54

原创相遇在华南农业大学

你见过水稻开花吗？

你知道吗，其实稻花就像人

要在“对的时间”相遇

才能“修成正果”！

近日，华农生命科学学院

沈荣鑫/王海洋团队

破解了籼粳水稻开花时间的调控机制

相关成果在《自然·通讯》杂志上发表

湖南卫视《新闻大求真》栏目

专访团队，解码水稻开花之谜

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小小一株稻花

暗藏玄机，又如此重要

背后付出了怎样的努力？

一起来看

首次鉴定籼粳水稻花时关键因子

让稻花在“对的时间”相遇

六月的一个晴天，上午九点半左右，位于华南农业大学启林北校区的杂交水稻试验田里，沈荣鑫正和学生弯着腰在田里忙碌。

身处田间，一股清新的“米香”悄悄钻进鼻腔，仿佛“阳光的味道”。凑近细看，稻花细细密密地结在稻穗上，稻香四溢，引来蜜蜂一阵忙碌。

沈荣鑫介绍，每天上午九点半左右是籼稻的开花时间，而大概两小时后，粳稻才会开花。“与‘开花结果’的道理相同，稻谷的形成，是稻花开放并成功授粉的结果。”沈荣鑫告诉记者，水稻一生只开一次花，只持续半小时左右。

花开时，花药快速从谷壳中伸出，喷射雄性花粉，等花粉落到雌性柱头上后，受精过程开始，雌蕊会慢慢发育成饱满的谷粒种子，繁殖下一代。

华农杂交水稻试验田

在杂交水稻领域，亲缘关系更远的籼稻和粳稻因杂交优势较强，一直被认为是未来发展方向。但籼粳两稻原本长在一南一北，生长发育条件不同，开花时间相差了足足两小时，严重影响杂交种子的孕育产生，进而影响粮食产量。

佳偶虽天成，也需良辰吉日。为何籼粳稻花时不遇？沈荣鑫/王海洋团队把注意力放在了稻花的“浆片”上。

所谓的“浆片”，其实就是位于水稻颖壳底部的一对白色薄片，是控制水稻开花的关键器官。水稻开花时，浆片会像海绵一样吸水膨胀，体积逐渐变大，把稻花的内外颖壳撑开，稻花也随之盛开。

籼稻开花

粳稻开花

经过对浆片组织系统日积月累的研究，团队终于发现，一种名为OsMYB8的因子会随着开花时间的临近逐渐提高表达量，在开花前1小时达到峰值。在籼稻浆片中，这个重要的调控因子能比粳稻提前高表达。

“籼粳型OsMYB8启动子有一个自然变异，通过与一个特定的下游因子联动，影响浆片中活性茉莉酸类物质的含量，促进颖花开放，花时更早，最终导致籼粳稻花时不遇。”沈荣鑫解释。

沈荣鑫在试验田中帮助籼粳稻花授粉

这个发现意味着，原本“姗姗来迟”的粳稻有望通过遗传改良提早开花，配合籼稻的授粉，让杂交双亲一方的花粉和另一方的花柱顺利在“对的时间”相遇，得到籼粳杂交种子。相关研究成果在《自然·通讯》杂志上发表。

论文审稿人认为，这项研究是花时研究领域的重要突破，对解决籼粳稻花时不遇难题有重要意义，将有助于提高籼粳稻杂交制种产量，推动籼粳杂交稻的进一步发展。

“籼/粳型杂交水稻一旦培育成功，预期产量将比目前广泛种植的籼/籼型杂交水稻提高15%至30%，对国家粮食安全有着重要意义。”沈荣鑫说。

稻田里的故事

未完待续

在华农，围绕水稻研究，一直流传着“一门三院士”的佳话。作为刘耀光院士的学生，沈荣鑫也选择在水稻育种研究领域“深耕细作”。在刘耀光院士指导下，他用12年的时间克隆了一个控制籼粳杂种不育主效基因，相关成果在《自然·通讯》发表，获评“2017年中国科学重要研究进展”。

2018年，沈荣鑫加入王海洋教授团队。2019年底，沈荣鑫了解到，籼粳杂交稻制种产量低是行业“卡脖子”问题。秉持团队“要做有用的科研”的理念，他开始聚焦籼粳杂交制种相关性状的研究，重点攻关水稻柱头外露率和籼粳稻花时不遇的难题。

水稻花时性状研究难度极大，是水稻研究领域少有的未开垦“荒地”，业界不少团队攻坚多年都进展甚微。对此，沈荣鑫感到既兴奋又顾虑：当初花12年克隆1个基因的艰辛还历历在目，自己真要啃下这块新的“硬骨头”吗？但考虑到这一研究的重要价值，他怀着“大不了就再花10年”的勇气，决定破釜沉舟。

沈荣鑫的学生在田间研究

丁文燕是沈荣鑫在花时性状研究方向招收的第一个研究生。如今，她已经硕士毕业，以助理实验员的身份继续留校做科研。回忆起和老师一起“摸着石头过河”的日子，她仍记忆犹新。

当时，除了大量阅读文献，他们还要去田里观察取样，摸清水稻开花的规律，对样本进行实验分析。早季水稻六七月开花，从早上持续到中午；太阳很毒，田间温度要超过35℃。整个上午，他们都在田里，每隔半小时数一遍花开了几朵，再逐一记录下来。

取好样，就要开始挑浆片做实验分析。要想把细小的浆片从小穗轴上完整剥离出来，既要手巧，又考验眼力，而每个实验样品至少要取到几百颗浆片，工作量不小。“那段时间，实验室的同学一看见我就问，你又在取浆片啦？而沈老师更是每天都在实验室，一天不来好像心里就不舒坦！”丁文燕笑着回忆。

在实验室里取浆片

随着研究的深入，团队成员也逐渐增多，大家投入了更多的精力，甚至把自己想象成一朵花，天天琢磨它究竟是怎样开的。“前几年我们小组里就四五个学生，大家天天在一起。虽然辛苦，但是沈老师带着我们一起研究，彼此互帮互助，很充实也很开心。”团队成员、2020级博士研究生李亚静说。

“农业研究的周期长，有大量的田间工作。做学问就是要坐得了冷板凳，农学尤其如此，但只要有兴趣和追求，就能坚持下去并乐在其中。”沈荣鑫说。

在华农老一辈事迹感召和老师言传身教下，团队成员、2021级博士研究生房裕东心里有了一个“农业梦”：“解决粮食生产问题是永远不会过时的研究。在研究过程中，我们会遇到更多新的问题，需要一代代学子薪火相传，赓续努力。”

实验水稻样品

沈荣鑫介绍，由于在籼粳杂交制种取得了诸多重要进展，团队也引起了业界的广泛关注。目前，他们正与中国农业科学院等优势育种单位、中国种子集团等大型种业公司开展紧密合作，探索如何让种业科研成果加速“跑”进市场，实现成果有效转化。

“在科技发展日新月异的今天，新型生物育种技术层出不穷，如何更快、更有效地解决制约籼粳杂种优势利用的瓶颈问题，助力水稻育种产业革命，是研究人员的下一步目标。”沈荣鑫说。

此前，华农生命科学学院周海/庄楚雄/刘振兰团队已经报道了细胞壁果胶甲基酯化程度调控日间开花时间的机制。钱前院士对此发表专评，认为该工作“首次揭示了水稻花时调控的分子机理，为解决籼粳交花时不遇奠定了理论和技术基础，将促进籼粳杂交育种的发展”；Molecular Plant同期也发表亮点评述，认为该工作“翻开了花时研究历史新的一页”。近期，该团队又提出利用茉莉酸（JA）途径改造花时，发现JA调控花时新机制，使籼粳杂交制种产量提高2倍以上，为籼粳杂交制种提供了基因改良新思路。