復粒稻是一種獨特的水稻種質資源，與普通水稻穗子上種子粒粒分明不同，它結出的種子可以三粒長在一簇上，因此又被稱為“三粒奇”，但這“三粒一簇”特性的機制一直未被破解。近日，中國農業科學院作物科學研究所童紅寧團隊聯合福建省農業科學院水稻研究所、中國科學院遺傳與發育生物學研究所，從基因層面揭示了復粒稻“三粒一簇”的遺傳機制，為培育高產水稻新品種提供了理論基礎和新途徑。相關研究成果于北京時間3月8日發表在國際期刊《科學》上。

中國農科院作物科學研究所研究員童紅寧介紹，水稻是我國主要糧食作物，也是全球超過一半人口的主糧，隨著全球人口的增長和人均耕地面積的不斷減少，提高水稻單產對保障全球糧食安全具有重要意義。單產的突破很大程度上依賴于水稻種質資源中重大基因的發掘利用。其中，提高每畝水稻的穗數、穗粒數和粒重是關鍵。因此，自20世紀30年代起，國際遺傳學界就開始關注復粒稻“三粒一簇”現象，但始終未能從基因層面根本破解其機理。

童紅寧團隊長期從事植物激素調節水稻生長發育的研究，在此項研究中，該團隊通過創制大量復粒稻的衍生突變體，最終發現并克隆了控制復粒稻“三粒一簇”現象的關鍵基因BRD3。該基因編碼的蛋白質可以降解一種被稱為“油菜素甾醇”的激素。實驗證明，正是在BRD3的作用下，“油菜素甾醇”這種激素的含量降低，導致復粒稻稻穗的二級枝梗增多，使得“三粒一簇”現象出現。通過進一步研究，團隊明確了“油菜素甾醇”的作用機理，并發現復粒稻中由于激素被精準調控，穗粒數得以增加，但沒有其他常見的激素負面影響，如粒重就不受影響。

中國科學院院士李家洋評價，一般來說，水稻穗粒數越多，粒重就越小，二者常常呈負相關，此項研究成果在一定程度上破解了兩者之間的負相關平衡關系，是一種極有潛力的分子設計育種策略。（楊舒）