水稻增產四成以上不是夢！

 

圖片來源：維基百科

隨著地球上人口增加、耕地卻無法擴展，如何在有限的土地上提升作物的產量就成為重要的課題了。也有許多團隊努力地朝著這方面去進行研究，但能增加的產量大約都只在一、兩成。

最近由來自中國的研究團隊，發表在《科學》雜誌上的研究，卻有了驚人的進展！研究團隊在水稻中發現了一個轉錄因子（transcription factor）OsDREB1C，當它高度表現時，可使水稻增產41.3%到68.3%。

這麼厲害的轉錄因子是怎麼發現的？研究團隊比較了水稻與玉米的轉錄體（transcriptome）與代謝體（metabolome），找到了118個轉錄因子可能與調節C4光合作用有關。

為什麼要找跟調節C4光合作用有關的基因？過去的研究已經證明，C4光合作用的確比C3光合作用要有效率得多，但是主要的穀類作物除了玉米以外都是C3作物。想把C3作物改造成C4作物並非易事，因此研究人員想要找到影響C4作物產量的基因。

從這118個基因中，研究團隊找到了OsDREB1C。這個轉錄因子屬於AP2/ERF家族，在受光照射或低氮環境中表現量會上升。研究團隊在細胞質與細胞核中都可以看到它，實驗也發現它的確可以與DNA結合並影響基因的表達。

哪些基因的表達受到它的影響呢？研究團隊發現，最主要受影響的基因有五個，其中一個是直接與光合作用的效率有關（OsRBCS3），另外三個則與氮的運輸、吸收有關（OsNR2、OsNRT2.4、OsNRT1.1B），最後一個則與開花時間有關（OsFTL1）。

實驗的結果發現，OsDREB1C會透過與OsRBCS3的啟動子（promoter）以及其他四個基因的外顯子（exon）的序列結合，讓這五個基因的表現量上升。測試發現，高度表現OsDREB1C的水稻，不僅每個小穗的穀粒數目增加、穀粒也變大。高度表現OsDREB1C的水稻其光合作用效率上升，氮的利用效率也顯著提升，而且開花時間也提早了13到19天。

研究團隊從2018-2021年在中國的北方、東南方與南方進行田間試驗，結果發現高度表現OsDREB1C的水稻，其產量至少提升了四成，甚至可達近七成。這是非常驚人的產量增加，過去任何研究都無法達其項背。更棒的是，研究團隊在小麥中也發現了同源基因，而高度表達同源基因的小麥，也可有兩成左右的增產。

雖然是基改，但如果能在不同水稻的栽培種中找尋這個基因的不同版本，找到可提升產量的基因版本，並透過雜交等手段將之導入目前廣為栽種的栽培種中，應該也可以具體提升水稻的產量，不是嗎？

參考文獻：

SCIENCE 22 Jul 2022 Vol 377, Issue 6604 DOI: 10.1126/science.abi8455

A transcriptional regulator that boosts grain yields and shortens the growth duration of rice