神戶大學研究生院農學研究科的石川亮副教授、石井尊生教授和井上一哉教授組成的研究團隊宣佈，與國立遺傳學研究所、倫敦大學學院（英國）、華威大學（英國）、耶津農業大學（緬甸）和柬埔寨農業部共同應答，可能是在野生稻被馴化爲栽培稻的初期階段發生的三個基因突變使種不容易脫落的。該成果有助於開發脫粒率低的水稻品種。相關内容已經發布在「Proceeding of the National Academy of Science of the United States of America」6月22日號上。
圖1：sh4、qSH3和SPR3三個基因突變的全部組合對水稻收穫率的影響調查結果
8株植物的稻穗形狀（圖上部照片）和農場的種收穫率（圖下部）。（供圖：神戶大學）
栽培稻（Oryza sativa）起源於雜草野生稻（Oryza rufipogon），可能是進行狩獵採集生活的古代人從野生稻中挑選出有利於農耕的個體進行了馴化。
野生稻具有散播種子進行繁殖的種脫粒性。要想進行種植，需要抑制這種收割前種就脫落的性質。
2006年有報告顯示，水稻的種脫粒性與sh4基因突變有關。對此，研究團隊2016年應答，僅sh4基因突變無法抑制種脫粒性，還可能與其他基因突變有關。
此次，研究團隊爲明確在水稻被馴化的初期階段是如何發生馴化的，探索了與種脫落性有關的其他基因。
首先，透過使用雜交野生稻和栽培稻獲得的分離種羣進行遺傳分析發現，qSH3基因發生的突變對抑制種脫粒性來說是必不可少的。這個突變在世界上的大多數栽培稻中都存在。
接下來，研究團隊在野生稻中導入sh4基因和qSH3基因的兩個突變，發現無法消除種脫粒性。種脫粒性是隨着稻穀形成離層組織而發揮作用的，但這兩個基因突變只能抑制維管束周圍一小部分的離層。另外，qSH3基因單獨突變也未能抑制離層。
因此，研究團隊着眼於野生稻和栽培稻的稻穗形狀的差異。野生稻抽穗後稻穗會張開，而栽培稻則是閉合的，這種變化由SPR3基因突變引起。
針對這三個基因，研究團隊透過雜交形成了8種突變組合，比較了每種的收穫率。
結果顯示，每個基因單獨突變或者其中兩個基因發生突變時，收穫率沒有明顯變化，僅三個基因全部發生突變時收穫率才大幅升高。
研究團隊對稻穗閉合時的離層抑制進行結構力學分析發現，在閉合的稻穗中，種基部在重力作用下施加給離層的負荷比稻穗張開時小。
石川副教授表示：「現在的水稻種更不容易脫落，在植物演化的程序中進一步積累了突變，此次發現的突變應該是在馴化的極早期階段發生的。這些全部明確的話，還有望明確水稻是以什麼路綫傳入日本的。另外，利用這些基因突變，包括海外在内，還有助於培育出符合需求的品種。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
論文資訊
期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)
論文：A stepwise route to domesticate rice by controlling seed shattering and panicle shape
DOI：doi.org/10.1073/pnas.2121692119
