水稻育种专家常常会碰到一些头疼的问题：穗子大了穗数变少、能抗病的不高产、高产了不优质……优异性状相生相克，“鱼与熊掌”难以兼得。近日，中科院遗传与发育生物学研究所（以下简称遗传发育所）李家洋院士团队揭示了水稻产量核心要素穗重和穗数之间相互制约的分子机制，为突破这一育种瓶颈提供了新的遗传资源与研究思路。相关成果4月21日发表于《自然—生物技术》。
科学家已经发现，这些不同农艺性状之间此消彼长的权衡效应可能与两个因素有关——连锁累赘或基因多效性。能否消除基因多效性造成的表型间的权衡效应呢？为了回答这一问题，研究团队利用基因编辑技术，对水稻理想株型主效调控基因IPA1进行了编辑，实现了穗重和穗数优异表型“鱼和熊掌”的兼得，突破了现有育种瓶颈。
为突破基因多效性造成的穗部和分蘖的制约关系，研究团队提出了通过改造IPA1的表达调控区，分别调控其在幼穗、茎基部等各组织中的表达水平，实现不同表型的特异性调控，从而打破产量因素之间负效应的策略。
通过这种方法，他们从表达调控区删除的水稻株系中发掘出一个可同时提高穗数和穗大小的材料IPA1-Pro10，其在IPA1表达调控区有54个碱基的片段删除，具有穗重和穗数同时增加、株高变高、茎秆和根系粗壮的表型。新材料能让产量提高多少呢？对此，研究团队进行了三个田间小区测产鉴定，结果表明新材料IPA1-Pro10与对照品种中花11号相比增产15.9%，大大提高了水稻产量。
谈到这项研究的最大亮点，余泓表示，传统育种都是利用自然界中存在的资源，把优异基因聚合在一起，创制新种质。其前提是某个品种中存在研究人员想要的优异基因。而要打破通常存在的诸如穗数和穗重等优异性状之间的“相生相克”，就要通过创制新资源的方式来实现。