中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李云海研究組與浙江理工大學(xué)汪得凱團(tuán)隊(duì)、中國水稻所錢前團(tuán)隊(duì)、中科院遺傳發(fā)育所汪迎春團(tuán)隊(duì)合作發(fā)現(xiàn)了調(diào)控水稻籽粒大小和粒重的新機(jī)制。為了解析水稻籽粒大小調(diào)控的分子機(jī)制和分子遺傳網(wǎng)絡(luò)，李云海研究組前期篩選了一系列水稻籽粒大小改變的突變體，克隆了多個籽粒大小調(diào)控基因；同時鑒定了多個籽粒大小調(diào)控QTL基因（Xu et al., Molecular Plant 2018;Xu et al., Plant Journal 2018；Duan et al., Molecular Plant 2017; Duan et al., Nature Plants 2015）。本研究對其中一個大粒突變體large1進(jìn)行了系統(tǒng)研究。LARGE1編碼一個RNA結(jié)合蛋白OML4（MEI2-LIKE4）。large1突變體株高增加，種子變大，千粒重也顯著增加，而過表達(dá)OML4導(dǎo)致水稻籽粒變小，表明OML4是籽粒大小的負(fù)調(diào)控因子。細(xì)胞生物學(xué)分析表明OML4通過抑制穎殼的細(xì)胞擴(kuò)展來調(diào)節(jié)籽粒大小。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)OML4與蛋白激酶GSK2體內(nèi)、體外直接相互作用。GSK2是油菜素內(nèi)酯信號傳導(dǎo)過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，可以通過與多個不同的蛋白相互作用來調(diào)控植物的生長發(fā)育。生化分析發(fā)現(xiàn)GSK2可以磷酸化OML4，從而調(diào)控了OML4蛋白穩(wěn)定性。遺傳分析表明，GSK2與OML4作用于同一遺傳途徑調(diào)控水稻籽粒大小。該研究揭示了GSK2-OML4途徑調(diào)控水稻籽粒大小的新機(jī)制，為改良作物籽粒大小和提高作物產(chǎn)量提供了新的基因資源。

 

　　該研究成果于4月17日在線發(fā)表于The Plant Cell雜志（DOI: 10.1105/tpc.19.00468）。李云海研究組的呂佳、段朋根和劉亞培以及浙江理工大學(xué)的汪得凱為該論文的共同第一作者，李云海和錢前為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會和中科院先導(dǎo)專項(xiàng)的資助。

　　圖：GSK2-LARGE1/OML4途徑調(diào)控水稻籽粒大小分子遺傳機(jī)制。