5月26日下午，匆匆赶回中国科学院遗传与发育生物学研究所实验室的中国科学院院士李家洋，顾不上吃晚饭，即向其团队成员布置了一项新的工作内容——立即安排一次国内有关育种专家参加的研讨会，讨论如何将新发现的水稻理想株型基因尽快应用于水稻农业生产，发挥其在培育我国新型高产水稻新品种中的作用。

3天前，国际著名学术期刊英国《自然—遗传学》杂志和美国《科学》杂志相继报道了由中日科学家共同发现的被称为OsSPL14基因(又称IPA1基因)的重要成果，这是一个影响诸多农艺性状、可有效控制水稻理想株型、进一步提高产量的关键基因。

李家洋的紧密部署让他的团队成员再次感到压力。“李老师的工作总是具有前瞻性的，这是一项一开始就针对水稻生产的基础性研究。”一位团队成员对《科学时报》记者说。

株型是决定作物产量的关键因素，理想的水稻株型应该具有分蘖少、无无效分蘖、穗大粒多、茎秆粗壮等特征。针对这一关键因素，李家洋和他的团队开展了长期的基础研究，而IPA1(Ideal Plant Architecture 1，即理想株型1号)基因的成功克隆，为塑造水稻理想株型的分子育种提供了有重要应用价值的新基因。在水稻的生产方面，早在3年前，李家洋团队的长期合作者、中国农业科学院中国水稻研究所研究员钱前，就开始通过杂交方式将IPA1基因导入主要水稻品种，进行培育新品种的工作，目前已经得到一些很有前途的中间材料。

基因育种引发的绿色革命

回溯水稻育种史，每一次重大突破无不与某个关键基因的发现与大规模应用有关：半矮秆水稻基因的发现，导致了水稻生产上的第一次绿色革命；袁隆平在海南岛发现的一株野败不育水稻，经多年努力，在全国大协作下将三系杂交稻配套成功，再次大幅提升水稻产量。

这次发现的IPA1基因突变后能使水稻植株具有粗秆、抗倒伏、分蘖少等优越性状，更适合未来农业的发展趋势，如能很好地利用，将会大幅度提高水稻产量。“我们通过一定面积的田间比对试验，得出增产10%左右的结果。但这个结果还不精细，如果在种植条件进一步优化的情况下，增产幅度还会提高。”李家洋说。

过去，在基础研究领域，科学家们更多地关注所研究水稻材料的新颖性，对综合性状的聚合、对其应用的关注较少，对水稻理想株型和产量形成的分子调控机制的认识非常有限。然而，株型改良在水稻产量的提高中发挥着重要作用，无论是杂交水稻育种，还是超级稻研究，其核心就在于借助水稻株型的改良来实现水稻单产的跃升。

此前，李家洋课题组通过与钱前的合作，曾发现并克隆了控制水稻分蘖的重要基因。但这个基因却很难用于提高水稻产量，因为它在减少分蘖的同时，也导致了稻穗变小。于是，课题组开始考虑如何获得对产量有综合正效应性状的材料，如穗子大一些、千粒重多一些，更强壮一些(不易倒伏)，但具备上述性状的水稻材料很难在生产中找到，而且这种性状通常是由多个基因控制的。

2003年，他们在田间实验里偶然发现了一个具有理想株型特征的水稻材料，并分离出控制理想株型的主效数量性状基因。该基因的突变能够在生产上得到科学家所梦想的诸多优良性状，因而被命名为“理想株型1号”(即IPA1)。

如果能够把IPA1基因用于我国目前已有的高产水稻品种上，有望使高产水稻更高产。李家洋指出，过去育种学家也可能发现过具有这种理想性状的材料，但由于不清楚其形成的机理，很难应用于高产新品种的培育。现在对该基因的作用机理了解清楚后，就能够对其加以应用，使其在实际生产中发挥作用。

据介绍，近年来我国水稻单位产量提升缓慢，重要原因就在于水稻产量受多基因控制、性状复杂，而传统育种技术难以对水稻产量相关基因进行有效选择和聚合，只有通过分子育种技术加以解决。在目前技术条件下，理想株型水稻有可能达到亩产1000公斤。中国现在的水稻平均亩产为400多公斤，如果产量增加50%将达到亩产近700公斤，中国的粮食问题就能得到有效解决。而要达到这一目标，在发挥常规育种技术的基础上，必须通过现代基因育种技术，把抗病虫、高产、优质、广适、高效等优良性状聚合起来，培育出新的优异品种。而IPA1基因的发现，为这一目标的实现提供了坚实的基础。

虽然IPA1基因具有巨大的应用价值，但广泛应用到生产上还有很长的路要走。如果把该基因导入一个主要的水稻品种中，其增产潜力有多大？不同的水稻品种具有不同的遗传背景，这些背景对该基因优异性状的表现会产生怎样的影响？这些十分实际但又非常关键的问题目前还没有答案。

通常，一个水稻新品种的培育需要5～10年时间，然而在激烈的竞争形势下，各国科学家都在努力缩短育种周期，特别是在发现了一个控制水稻高产基因的时候。因此，对李家洋团队来说，加快众多优良基因的聚合、培育新品种的任务尤为紧迫。