研究发现实现杂交水稻机械化制种的理想种子大小基因

中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队近日在Nature Plants杂志上发表重要研究成果，发现了能够实现杂交水稻机械化制种的理想种子大小基因GSE3。这一发现为杂交水稻制种技术的革新提供了新的突破口。

传统杂交水稻制种过程高度依赖人工，包括父本和母本的间隔移栽、人工赶粉、提前人工去除父本等步骤，不仅成本高昂，还导致每年约1.5亿公斤父本种子的损失。随着人力成本的不断攀升，杂交水稻的制种成本也不断增加，加重了农民的用种成本，降低了杂交水稻种植的经济效益。因此，开发适用于杂交稻机械化制种的方法，实现杂交水稻制种的产业升级迫在眉睫。

GSE3基因编码一个GCN5相关的N-乙酰转移酶，能够影响组蛋白乙酰化水平。研究发现，GSE3能够被转录因子GS2招募到共同调控的籽粒大小基因的启动子上，通过影响启动子区域的组蛋白乙酰化状态调控籽粒大小。GSE3的功能缺失导致植株籽粒明显变小，分蘖及穗粒数显著增加，而其他农艺性状没有明显差异。

基于这一发现，研究团队提出了快速改良目前生产中优良杂交水稻亲本，实现杂交水稻机械化制种的策略：在恢复系和雄性不育系之间的粒厚差异相对较大时，通过基因编辑雄性不育系中的GSE3基因可以实现杂交水稻的机械化制种。在粒厚差异相对较小时，可以通过编辑雄性不育系中的GSE3基因和恢复系中的GS2基因或其他大粒基因来实现机械化制种。

研究团队通过基因编辑天优华占的不育系天丰A（TFA）和保持系天丰B（TFB）的GSE3基因，创制了相应的理想小粒不育系TFAgse3-cri3和TFBgse3-cri3。田间实验表明，TFAgse3-cri3和大粒恢复系（大粒华占，DHZ）组合能够实现杂交水稻的机械化制种，单位面积的杂交种子数量提高了21.2%，并且不影响杂交水稻的产量。在超级杂交稻Y两优900中，通过基因编辑不育系Y58S的GSE3基因，创制的理想小粒不育系Y58Sgse3-cri4与恢复系R900组合，单位面积的杂交种子数量提高了38.3%，同样不影响杂交水稻的产量。

这项研究不仅找到了理想的籽粒大小调控基因GSE3，揭示了其调控籽粒大小的分子机制，还提出了快速改良杂交水稻亲本实现机械化制种的策略。这为提高杂交水稻制种效率、降低成本、促进杂交水稻产业发展提供了新的途径。同时，这项研究也为其他重要作物的机械化制种提供了便捷的解决方案，具有广泛的应用前景。

未来，杂交水稻机械化制种技术的发展方向将包括进一步优化基因编辑技术，提高制种效率；探索更多适合机械化制种的基因资源；以及加强育种家与农机专家的合作，推动机械化制种技术的推广应用。随着这些技术的不断进步，我们有理由相信，杂交水稻制种将迎来更加高效、经济的新时代。