近日，在浙江杭州举办的第十二届中国现代农业发展论坛暨2025中国农学会年会上，中国农业科学院农业信息研究所发布《2025中国农业科学重大进展》。中国农业科学院作物科学研究所、福建省农业科学院水稻研究所、中国科学遗传与发育生物学研究所的联合研究成果——“破解‘复粒稻’多粒簇生之谜”位列10项成果之首。

该报告由中国农业科学院农业信息研究所科技情报分析与评估创新团队研制。其间，该团队以2024年度Web of Science收录的农业领域中国学者以第一或通讯作者发表的46832篇高水平论文为基础，经文献计量初选、同行专家评审和院士遴选等过程，最终遴选出10项能够代表2024年我国农业科技前沿研究水平、取得重大突破性进展的基础科学研究成果。

“破解‘复粒稻’多粒簇生之谜”的突破性在于，破解了水稻领域的百年未解难题。

与常见的单粒稻不同，“复粒稻”表现出独特的簇生现象，即多个穗粒扎堆生长。这意味着穗粒密度大、数量多，一株水稻能够长出更多稻谷。自20世纪30年代首次发现这一特殊种质资源以来，国内外学者围绕“复粒稻”开展了大量研究，试图破译簇生现象的“遗传密码”。但大多数研究仅仅将簇生基因定位在水稻6号染色体上一个较大的区间内，簇生基因精确位置、簇生现象遗传机理始终成谜。

多年来，研究团队对水稻“复粒稻”簇生现象开展持续研究。他们以“复粒稻”材料为背景，通过化学诱变，从包含1万份诱变株系、16万份诱变单株的群体中，筛选出2份不簇生的突变体株系，接着进行复杂的回交转育、重测序和关联分析，最终定位到了关键基因“BRD3”。进一步研究表明，该基因能够编码一种叫作“油菜素甾醇”（即“BR”）的植物代谢酶，其含量的变化，影响了水稻穗粒是“孤军奋战”还是“抱团取暖”。

原来，稻穗有着层次分明的结构，依次包括主梗、一次枝梗、二次枝梗、小穗梗等，小穗梗上着生的小穗就是我们常说的穗粒。“BRD3”基因在水稻二级分枝分生组织部位被激活，导致了该部位“BR”代谢酶含量减少，进而引发一系列连锁效应，最终延迟二级分枝分生组织向小穗分生组织转变。因此，水稻有了更多时间来进行分枝，从而长出了更多二级分枝，同时还伴随着小穗梗长度缩短。最终结果是穗粒分布更紧凑，看起来一粒挨着一粒。

研究人员将调控“BR”代谢酶的基因导入到多个水稻品种中后发现，相对于非簇生品种，“复粒稻”二级枝梗数增多，穗粒数显著增加，而穗长、穗数、抽穗期和千粒重等其他产量性状都没有显著差异，最终产量增加11.27%~20.96%，且对籽粒品质没有负面影响。

“该研究破译了国际关注近百年的‘复粒稻’形成的遗传基础，揭示了植物激素油菜素甾醇调控水稻穗粒数的机制，为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新路径。”福建省农业科学院水稻研究所研究员赵明富说。去年3月，国际顶级学术期刊《科学》杂志在线发表了该联合研究成果。

据悉，该研究成果已在水稻育种上得到应用。近年来，赵明富团队在福建、海南等地的育种基地开展穿梭育种，在“复粒稻”亲本材料创制、优势组合选育及配套栽培技术探索等方面取得系列进展。“复粒稻”新品系和新组合不仅展示出强大的增产潜力，在米质、株型、抗逆性等综合性状上同样表现优异，为后续培育突破性水稻新品种奠定了基础。