康藝維 陳玉宇 張迎信

（中國水稻研究所 國家水稻改良中心/水稻生物學國家重點實驗室，杭州 311401；*通信聯(lián)系人，E-mail：zhangyingxin@caas.cn）

據國家統(tǒng)計局數據，2019 年我國的稻谷播種總面積是 2969 萬 hm2，占總糧食作物播種面積的25.58%，表明水稻生產在我國糧食生產中具有重要地位（http://www.stats.gov.cn）。隨著我國人民生活水平的提高，稻米需求呈現(xiàn)多樣化趨勢，在產量仍作為重要指標的同時，稻米品質也受到越來越高的重視[1-3]。水稻產量的決定因素包括單株有效穗數、每穗實粒數和粒重，粒重主要取決于粒型和充實度。根據籽粒的三維結構將粒型構成劃分為粒長、粒寬和粒厚[4]。細長粒稻米通常表現(xiàn)較好的外觀品質，因此粒型也是影響稻米品質的重要因素。著名的 Basmati 系列香米[5]、我國廣東的絲苗品種（http://www.ricedata.cn/variety）都是長粒優(yōu)質稻的典型代表，且近年來大面積應用的優(yōu)質不育系如野香 A[6]和泰豐 A[7]等也具有典型的長粒表型。近幾十年來，研究者們定位和克隆了許多水稻粒型相關基因，極大地促進了粒型形成分子遺傳機制的研究，并且為利用分子育種技術準確、快速、高效地對水稻粒型改良提供了可能。本文綜述了已克隆的水稻粒型基因/QTL 及籽粒分子調控機制，并重點對粒型 QTL 進行了育種應用現(xiàn)狀及潛力評價，以期為我國水稻育種家提供分子育種的參考信息。

1 水稻粒型QTL 研究進展

水稻粒型是典型的數量性狀，研究者們普遍認為粒長、粒寬、長寬比一般受多基因控制，也有少數受單基因、雙基因控制。還有研究表明控制粒型各性狀的基因還存在互補和累加效應[8-10]。隨著水稻基因組測序的完成，研究人員利用不同的遺傳群體，如F2群體、回交群體（BC）、加倍單倍體群體（DH）、重組自交系（RIL）、染色體片段置換系（CSSL）、導入系（IL）和剩余雜合體（RH）等定位了大量與粒型相關的QTL。據不完全統(tǒng)計，在水稻12 條染色體上已定位了500 多個粒型相關QTL（http://www.ricedata.cn/index.htm）。利用存在于栽培品種間的自然變異，研究人員通過正向遺傳學的方法已經克隆了18 個與水稻粒型相關的主效QTL，分布在第 2、3、4、5、6、7、8 和 9 染色體上（圖1）[11-22]。

GW2、qSW5/GW5/GSE5、GS5、GW8和TGW2主要控制粒寬。GW2克隆自大粒粳稻品種WY3，編碼一個環(huán)型E3 泛素連接酶，亞細胞定位于細胞質中[23]。GW2提前終止型的功能缺失導致穎殼細胞分裂速度加快、穎殼變寬，有利于胚乳灌漿，增加粒重，最終產生寬大的籽粒?？寺∽詫捔＞酒贩N日本晴、Asominari 等的qSW5/GW5/GSE5編碼一種新型的油菜素內酯（Brassinosteroid，BR）信號調控因子[24-26]。功能缺失或表達量下降型的基因負調控小穗穎殼細胞的增殖，導致寬粒和重粒。位于第5 染色體短臂控制粒寬的GS5，克隆自秈稻恢復系珍汕97，它編碼的蛋白含有PF00450 結構域，屬于肽酶S10 家族的絲氨酸羧肽酶[27]。GS5表達量的增加可促進內外稃的細胞增殖和擴張，正向調控籽粒大小。GW8/OsSPL16位于第8 染色體長臂上，供體親本為Basmati 385，是調控水稻粒型和稻米品質的QTL[28]。在Basmati 水稻品種中，OsSPL16啟動子區(qū)10 bp 的缺失使OsSPL16表達下調，導致籽粒變長且外觀品質變好。GW8和GS5都是由于啟動子區(qū)的核苷酸變異影響了粒寬和粒重。TGW2是最新克隆的控制粒寬和粒重的QTL，親本為93-11 和培矮64S，編碼細胞數目調控因子OsCNR1，負調控粒寬和粒重。TGW2基因啟動子上游1818 bp 處的堿基替換（G→A）可增強TGW2的表達[22]。

主要控制水稻粒長的9 個QTL 包括GS3、qGL3/GL3.1/qGL3-1、TGW6、OsLG3、GLW7、GL4、qLGY3/OsLG3b/GW3p6、TGW3/qTGW3/GL3.3和GL6。GS3是水稻中首個被克隆的粒長和粒重QTL[29-30]。GS3功能缺失等位基因單堿基替換（C→A）導致翻譯提前終止，產生一部分氨基端具有類γ 結構域的蛋白，使籽粒變長。qGL3/GL3.1/qGL3-1克隆自粳稻大粒品種N411、Waiyin-3（WY3）、CW23 等，編碼含有兩個Kelch 功能域的蛋白磷酸酶，負調控水稻粒長[12,31,32]。TGW6的定位群體是用Kasalath 作供體親本，日本晴作受體親本構建的回交自交系[33]。功能缺失的TGW6通過影響胚乳細胞發(fā)育進程限制了籽粒長度進而負調控籽粒大小。Yu 等[13]用Ho-LAMap 方法從品種SLG-1 中克隆到OsLG3。OsLG3編碼APETALA2/乙烯反應元件結合蛋白，通過促進細胞數目的增長正向調控粒長，且在不影響稻米品質的同時提高水稻產量。實驗所用長粒品種 IRAT109、SLG-1、Haobuka 都有相同的啟動子序列且不同于短粒品種，說明OsLG3啟動子區(qū)的自然變異是導致粒長和粒重變化的原因。GLW7是第一個通過GWAS 技術在水稻中克隆到的QTL，編碼OsSPL13，通過促進穎殼細胞擴大正向調控籽粒大小[34]。GL4是克隆自非洲野生稻W1411 的一個調控粒長和粒重的QTL，通過調控內外穎縱向細胞的伸長，控制非洲栽培稻的粒長，同時也能調控種子落粒性[35]。

圖1 已克隆水稻粒型相關基因在12 條染色體上的分布Fig.1.Distribution of cloned genes for grain size on rice chromosomes.

qLGY3/OsLG3b/GW3p6的供體親本為 SLG-1、L-204、廣占63-4S 等長粒品種[14-16]。該基因編碼的轉錄因子OsMADS1 是G 蛋白下游調控因子。單倍型和基因滲入分析表明該基因經過馴化，OsMADS1lgy3在熱帶粳稻中的存在能使粒長明顯增加。TGW3/qTGW3/GL3.3克隆自大粒品種 JZ1506、CW23 和南洋占等，編碼類 SHAGGY41 激酶OsSK41/OsGSK，OsSK41 通過磷酸化 OsARF4 來負調控穎殼的細胞擴張進而調控粒長[17-19]。GL6供體親本為W1943，受體親本是廣陸矮4 號[20]。GL6編碼植物特異的 PLATZ 轉錄因子，調控水稻粒長和小穗數，通過促進幼穗細胞的增殖正調控粒長。GL6編碼的蛋白通過與RPC53 和TFC1 互作，參與介導 RNA 聚合酶Ⅲ促進核糖體合成，這豐富了調控水稻籽粒大小的分子機制。

同時控制粒長和粒寬的 QTL 為GL2/GS2、GL7/GW7、GW6a和GS9。GL2/GS2克隆自大粒品種RW11 和“寶大?！保˙DL）等，是一個半顯性主效QTL，編碼的轉錄因子OsGRF4 屬于GRF 家族蛋白成員，主要通過促進細胞擴張和少量細胞增殖負調控籽粒大小[23,36-37]。OsGRF4 的氨基酸突變改變了OsmiR396 的靶向位點，進而破壞OsmiR396對OsGRF4 的抑制作用，使OsGRF4超量表達，導致籽粒變大，產量提高。GL7/GW7的供體親本為P13、天豐 A。GL7的串聯(lián)重復片段可以上調基因的表達水平，調控細胞的縱向伸長，使水稻籽粒變得更細長，也提高了稻米的外觀品質[38]。GW7編碼一個TONNEAU1 募集基序蛋白，其表達量上調，能促進籽粒的縱向細胞分裂，并減少橫向細胞分裂，導致籽粒變得細長[39]。GL7/GW7控制細胞分化的方式還需要進一步的研究。GW6a編碼的OsglHAT1蛋白具有內源組蛋白乙酰轉移酶活性，能通過增加細胞數目和加速灌漿速率來增大穎殼，從而增加粒重和產量[40]。盡管GW6a在粒重、產量和植株生物量方面具有有利于農藝性狀的效應，但能使GW6a表達量提高的等位基因還未得到利用。Zhao 等[21]用Qingluzan 11 和日本晴構建的染色體片段置換系CSSL N138 與日本晴雜交構建定位群體并克隆得到GS9。發(fā)現(xiàn)GS9通過調控穎殼細胞的分化負調控籽粒大小，將gs9等位基因導入武運粳27 中，籽粒變細長，稻米的外觀品質顯著提高。

2 水稻粒型調控的分子機制

稻米生長在穎殼內，穎殼提供給稻米生長發(fā)育的環(huán)境但也限制稻米的生長。穎殼受母體組織控制，分子機制涉及一些信號通路，如泛素蛋白酶體途徑、G-蛋白信號通路、MAPK 信號通路、植物激素信號和轉錄因子等[11,41-42]?？茖W家們從化學誘變和T-DNA 插入等突變體庫中鑒定了一些突變體，研究這些突變體有助于完善粒型形成分子機制及調控網絡的研究。

參與泛素蛋白酶體途徑的基因：WTG1編碼與人類OTUB1 同源的蛋白，具有泛素化活性，抑制OsSPL14 的K63 位多聚泛素化。wtg1-1突變體通過減少穎殼細胞的擴張產生寬、厚、短的籽粒[43]，并且莖稈變粗、穗變大，被認為是新株型主效 QTLNPT[44]。OsUBP15表達下調或功能缺失都能產生更窄小的籽粒[45]。此外，還有已克隆的編碼環(huán)型 E3泛素連接酶的 QTLGW2，通過將底物錨定到蛋白酶體將其降解，負調控細胞分裂。

參與G 蛋白信號通路的基因：D1編碼GTP 結合蛋白（G 蛋白）的α 亞基，功能缺失型突變體的G 蛋白失活，籽粒短而圓[46]。G 蛋白β 亞基RGB1的敲除轉基因植株籽均變小且不育種子增多[47]。DEP1/qPE9編碼的蛋白包含一個完整的氨基酸類γ結構域但缺乏羧基端富半胱氨酸區(qū)域，導致圓錐花序直立，籽粒大小和粒重略微降低，被認為是一種功能獲得型等位基因[48]。最近的研究表明，過表達DEP1會導致籽粒變大，而下調或者敲除DEP1會導致籽粒變小和直立的圓錐花序[49]。RGG2編碼G蛋白γ 亞基，可參與赤霉素合成途徑，負調控水稻籽粒大小和產量[50]。在已克隆 QTL 中，GS3是通過此途徑調控籽粒大小的。

參與 MAPK 信號通路的基因：OsMKK10，OsMKK4和OsMAPK6是一個控制水稻籽粒大小的級聯(lián)反應。功能缺失突變體smg2-1/OsMKK10，smg1-1/OsMKK4和dsg1/OsMAPK6由于減少了穎殼細胞的增殖而使籽粒變小[51]。GSN1編碼絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶 OsMKP1 ， 負調控OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6 級聯(lián)途徑[52]。OsRac1通過影響細胞分裂來調控水稻籽粒大小和產量，與OsMAPK6互作，OsMAPK6可以調節(jié)水稻的細胞分裂和籽粒大小[53]。

參與植物激素信號途徑的基因[11,54]：位于第1染色體的D61/OsBRI1[55]和D2[56]；第 2 染色體的PGL2/OsBUI1[57]；第 3 染色體的BG1[58]和PGL1[59]；第 4 染色體的XIAO[60]和D11[61]；第 5 染色體的GSK2[62]、APG[59]和SMOS1[63]；第 6 染色體的DLT[64]和BU1[65]；第7 染色體的OsBZR1[66]；第8 染色體的OsBAK1/08SG2[66,67]和SLG[68]；第 9 染色體的SG1[69]。其中，與 BR 信號相關的基因最多，有D61/OsBRI1、OsBAK1/08SG2、OsBZR1、GSK2、XIAO等。在已克隆QTL 中，GS5 蛋白數量增加會抑制OsBAK1-7 與OsMSBP1 互作而產生的胞吞作用，促使BR 信號增強，進而導致籽粒變大。

轉錄調控因子OsGIF1編碼GRF 互作蛋白[70]，調控胚乳中淀粉的形成。gif1突變體的粒重變輕。AH2編碼SHAQKYF 類MYB 轉錄因子，是調控水稻穎殼外層細胞發(fā)育的基因，并對籽粒產量和品質均有影響[71]。在已克隆的粒型相關 QTL 中，多數為轉錄因子（表1）。

miRNA 是植物生長和發(fā)育的重要調節(jié)因子，近來發(fā)現(xiàn)在籽粒調控中也起到重要作用。miR1432 負調控水稻籽粒大小[72]。突變體fuwa與野生型植株相比株高略矮，莖稈變粗壯，分蘗數減少，穗變短但直立、緊密，籽粒變寬、變厚、變短，胚乳質量增加、灌漿速率加快[73]。HGW調節(jié)水稻抽穗期和粒重[74]，在雜合基因型的突變體中，由于穎殼細胞數目減少使籽粒寬度減少，千粒重下降。

水稻籽粒大小由一個復雜的網絡來控制，這個網絡融合了多種發(fā)育和環(huán)境信號。盡管最近的研究已經明確了一些籽粒大小關鍵調控因子和分子調控途徑，但對整個調控網絡的認知仍然有限和零散。因此，有必要探索已知籽粒大小調控因子的上下游成分，以及已確定的調控通路之間可能的聯(lián)系。

3 主要粒型基因的功能標記

分子育種為精確定向改良某一性狀提供了有力的工具，并正在成為水稻育種的新興方向之一。分子標記輔助選擇（marker-assisted selection, MAS）是利用與目標基因共分離或連鎖的分子標記進行輔助選擇育種的方法，目前已在作物育種中得到了廣泛應用，在回交育種中具有定點且高效的優(yōu)點，且不受基因類型的限制。例如，聚合OsLG3SLG和gw8Basmati的品種云廣8 號，不僅產量提高，還實現(xiàn)了米質的優(yōu)化[13]。聚合OsMADS1lgy3和dep1-1、gs3基因是同時提高水稻產量和米質的有效策略[14]。功能標記是基于基因內部序列變異而開發(fā)的一種共分離分子標記，能準確檢測出水稻材料中的目標基因且能高效地篩選出有利基因和基因型。

研究者根據已克隆的基因設計了功能標記，如GS3第 2 外顯子的 CAPS 功能標記 SF28[75]、GS5的 CAPS 標記 GS5-1 和 dCAPS 標記 GS5-2[76]、GW8啟動子的 InDel 標記 GW8-1[77]、GS9的 InDel 標記NIL-F、NIL-R 和 5′-R[21]、qGL3第 10 外顯子的ARMS-PCR 標記 qGL3-SNPF1/qGL3-SNPR1[78]。Zhang 等[79]利用 TD70 和 Kasalath 在GW2、GS3、qGL3、GS5、GW8和TGW6中的差異，開發(fā)了 dCAPS標記 GW2-F/GW2-R，CAPS 標記 GS3-F/GS3-R，dCAPS 標 記 qGL3-F/qGL3-R ， SSR 標 記GS5-F/GS5-R，dCAPS 標記 GW8-F2/GW8-R2 和CAPS 標記TGW6-F/TGW6-R。其次，除了可根據基因旁側序列設計易于操作的SSR 或InDel 連鎖標記，根據已發(fā)表的序列變異可以有目的性、準確地設計基因功能標記。qSW5/GW5/GSE5基因可根據粳稻1 212 bp 或秈稻950 bp 缺失設計InDel 功能標記，GW6a基因ORF 在日本晴與Kasalath 之間存在9 個SNP 的差異，可用于設計CAPS 或dCAPS 標記，GL7基因可根據拷貝數變異設計顯性標記，OsLG3基因可根據啟動子5 bp 缺失設計InDel 標記，GL4則可根據大?；蛐偷? 外顯子6 bp 插入設計InDel 標記，TGW3/qTGW3/GL3.3可根據大?；蛐椭械? 和第4 外顯子的大片段缺失設計InDel 標記，GS2可根據 SNP(TC487-488AA)設計 CAPS 或dCAPS 標記，qLGY3/OsLG3b/GW3p6基因可利用緊密連鎖標記XP22、XP23 或第7 內含子的堿基缺失設計InDel功能標記，GLW7可根據基因ORF區(qū)SNP設計 CAPS 或 dCAPS 功能標記。GL6可根據第 1內含子 15 bp 的缺失設計 InDel 功能標記。TGW2基因可根據啟動子上游1818 bp 的單堿基突變（G-A）設計CAPS 或dCAPS 標記。

4 已克隆粒型基因的育種應用

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評估18 個已克隆的水稻粒型QTL，并開發(fā)相關基因的功能標記，可以幫助育種家們合理選擇并聚合有利等位基因，加快育種進程。在已有的報道中，對于粒寬和粒重基因GW2，與輪回親本FAZ1，NIL（WY3）粒寬增加0.6 mm，粒厚增加0.3 mm，千粒重增加9 g，單株產量增加5 g[23]。籽粒大小調控基因GS5：與NIL（H94）相比，珍汕97 粒寬在增加0.3 mm, 粒重增加1.6 g，單產增加1.4 g[80]。粒重基因GW8：輪回親本 HJX749 粒寬和粒重較GW8表達量低的 NIL（Basmati 385）分別增加了0.3 mm 和 3 g，單產增加 5 g[28]。粒寬粒重基因TGW2：93-11 的tgw2等位基因導入培矮 64S，單產提高13.6 %[22]。如表 1 所示，在這些 QTL 中，GS3、TGW6、GL6、OsLG3和GS5增產等位基因目前已廣泛應用于秈稻品種中，qSW5/GW5/GSE5增產等位基因已在粳稻品種中得到廣泛應用；GLW7增產等位基因多存在于秈稻品種、熱帶粳稻和少量溫帶粳稻品種中；GW8、GL7/GW7和qLGY3/OsLG3b的優(yōu)質或增產等位基因可能在我國部分水稻品種中存在；GL2/GS2增產突變和GS9優(yōu)質突變基因型為稀有突變，TGW3/qTGW3/GL3.3和TGW2增產突變型主要存在于野生稻及Aus 稻中；GW2、GW6a、GL4和qGL3/GL3.1/qGL3-1增產或優(yōu)質基因型在生產中情況未知，需要更多的相關研究結果才能進行評估。綜合上述信息，qLGY3/OsLG3b/GW3p6、GL2/GS2、TGW3/qTGW3/GL3.3和TGW2的增產等位基因在增加粒重的育種目標中具有較大的應用潛力，qLGY3/OsLG3b/GW3p、GW8、GL7/GW7和GS9的優(yōu)質等位基因在優(yōu)質稻育種方向中具有很好的應用前景，GW6a、GL4和qGL3/GL3.1/qGL3-1增產或優(yōu)質等位基因可能具有較大的應用潛力。另一方面，在秈稻中廣泛應用的高產或優(yōu)質等位基因可能在粳稻品種改良中具有較大的潛力，如GLW7、GS3、TGW6、GL6、OsLG3和GS5；GW2和qSW5/GW5/GSE5在秈稻中多表現(xiàn)細長粒和較低的千粒重，鑒于目前秈稻長粒優(yōu)質稻的育種趨勢，育種家在秈稻改良中是否利用GW2及qSW5/GW5/GSE5增產等位基因時可能存在一定的分歧，是追求更高的千粒重還是追求長粒型的外觀品質取決于育種目標。

在分子標記輔助育種中應注意以下問題：1）目標基因及供體親本的選擇。研究者首先應通過測序鑒定或功能標記分析確定待改良親本主要粒型基因的基因型，然后根據育種目標選擇合適的目標基因及供體親本用于分子設計改良。2）基因效應的可變性。一方面不同的遺傳背景可能導致基因效應的改變，例如同一基因在秈稻與粳稻品種背景中的表型可能存在較大差異；另一方面，不同粒型基因之間的互作可能導致基因效應的變化，如qSW5對粒長的效應受到GS3的影響，GS3對粒寬的作用受到qSW5的影響[81]。因此，在進行分子標記輔助選擇進行基因聚合的過程中，基因效應的評估是一項不可或缺的工作。3）連鎖累贅的打破。由于連鎖累贅現(xiàn)象的存在，在回交導入有利基因的同時往往伴隨其連鎖不利育種性狀基因的導入。如第7 染色體上兩個粒型基因GL7/GW7和GLW7遺傳上連鎖，另外它們還與水稻直立型密穗基因DEP2[82]、種子休眠和馴化調節(jié)子基因Sdr-4[83]連鎖，分子標記輔助選擇應用時應根據育種目標和親本基因型進行育種設計，在回交選擇過程中利用大樣本量的分離群體打破不利連鎖，選擇保留有利等位基因。4）導入粒型基因可能改變株葉形態(tài)或其他性狀。水稻粒型的改變是由于穎殼細胞大小或細胞數目的改變引起[84,85]，往往伴隨水稻株高、穗長、葉長或葉寬等性狀的改變，進而導致株葉形態(tài)、光合效率或抗倒伏等其他性狀發(fā)生變異，如GS3除了可以調控粒型，對株高和穗長均有影響[30]，而GL4除了可以控制粒長，還能影響水稻的落粒性[35]。因此，綜合農藝性狀的考查是評估目標基因分子育種應用中必不可少的環(huán)節(jié)。

5 展望

5.1 加速水稻粒型相關基因的克隆

水稻籽粒大小的調控機理還有許多未解之謎，而基因克隆是研究水稻籽粒大小調控機理的基礎，因此有必要克隆更多的粒型調控基因。相比傳統(tǒng)的圖位克隆方法，近年多個新興的基因定位方法為粒型基因的挖掘提供了更加簡便快捷的途徑?；诙鷾y序的集群分離分析法（Bulk Segregant Analysis,BSA）是近年來興起的一種快速簡單的性狀定位的方法，通過在群體中挑選極端或能代表目標性狀的個體構建 DNA 混池進行全基因組重測序及差異分析，從而快速實現(xiàn)對單一性狀的初定位[86,87]。MutMap[88]將BSA 與全基因組重測序結合尋找候選基因，適合對化學誘變產生的隱性基因進行分析，例如可利用BC1F2分離的野生型表型群體和突變體表型群體構建兩個 DNA 混池，將兩個混池分別進行DNA 測序，計算SNP 在突變體混池和野生型混池出現(xiàn)的頻率，可得到和突變表型連鎖的染色體區(qū)段和可能的突變位點。應對不同的分離群體衍生出MutMap+[89]、MutMap-Gap[90]和 QTL-seq[91]等，它們不需要復雜的定位群體，可大大縮短基因定位周期。全基因組關聯(lián)分析(Genome-Wide Association Study, GWAS)是利用自然群體或者人工群體在全基因組范圍內找出存在的SNP、InDel、CNV 等變異類型，從中篩選出與目標性狀相關的變異位點的方法[34,92-94]。如韓斌團隊[34]通過對381 份粳稻品種籽粒大小性狀的GWAS，快速將目標區(qū)間定位到第7 染色體上，SNP 峰值注釋到11 個基因，結合表達量分析快速得到候選基因OsSPL13并通過了功能驗證。雖然上述方法在基因挖掘方面存在快速高效的優(yōu)點，但在涉及 QTL 的克隆時往往仍需結合傳統(tǒng)圖位克隆方法才能最終確定候選基因。

5.2 提高粒型分子設計育種的效率

隨著多個水稻基因組測序的完成，如今數以百萬計的遺傳標記可以輕易獲得，大量功能基因正被逐漸揭示和利用，精準基因組設計育種時代已逐漸來臨。目前，大量基于芯片或測序技術的水稻分子育種產品被研發(fā)并進入應用階段，主效基因相關標記的應用已逐漸形成規(guī)模[95]。若針對粒型性狀，可特異性地設計包含多個粒型基因基于多重 PCR 或液相探針的基因型分型體系，可快速有效地分析目標基因的基因型，用于分子育種[96,97]。但目前無論是基于芯片還是二代測序技術，其分子育種應用最大的限制因素在于高昂的價格。另外，不同基因間的上位性效應評估不完善也限制了其分子設計特別是聚合育種的應用。隨著技術的進步及水稻分子育種產業(yè)化的進程，我們可以樂觀地期盼基于芯片或重測序的基因分型產品價格的大幅降低，直至可以大規(guī)模應用于水稻育種。

5.3 應用新興技術改良粒型

此外，基因編輯（gene editing）是近年來興起的一種精確打靶技術，在水稻中能快速有效地創(chuàng)制功能缺失型突變體[98]。CRISPR-Cas9 多基因編輯的功能具有快速高效地特點，如王春等利用該系統(tǒng)同時編輯REC8[99]、PAIR1[100]、OSD1[101]和MTL[101]四個基因，獲得了可以通過種子進行無性繁殖的植株從而可以使優(yōu)良F1雜交作物實現(xiàn)雜種優(yōu)勢固定，這一研究成果為基因編輯在水稻分子育種中的應用描繪了光明前景[102]。水稻粒型基因中的負調控因子適用于進行基因編輯以創(chuàng)制增產或優(yōu)質的基因敲除后代，例如敲除GS3、GS2、TGW6、qTGW3、GSE5，籽粒千粒重增加，而敲除GW8可獲得細長籽粒（表 1）。最近科學家開發(fā)的全新精準基因編輯工具PE（Primer Editors），無需額外的DNA 模板，從只能實現(xiàn)C-T/G-A 轉換[103]到可實現(xiàn)12 種單堿基的轉換和多堿基的精準插入與刪除[104]，這為基因編輯領域帶來了重大變革，也為基因編輯在水稻分子育種的應用展示了光明的前景。值得注意的是，由于基因編輯經歷轉基因過程，應用時需首先去除轉基因成分，需謹慎選用此方法；其次基因編輯存在基因組突變和脫靶現(xiàn)象，一般需將獲得的陽性植株與背景親本進行回交純化后才能進行應用。