科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水稻種子大小調(diào)控新機(jī)制

水稻籽粒大小是重要的農(nóng)藝性狀，同時(shí)也是重要的發(fā)育生物學(xué)問(wèn)題。雖然在水稻中已報(bào)道了一些調(diào)控種子大小的關(guān)鍵基因，但對(duì)其詳細(xì)分子機(jī)制和遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解仍然有限。

中國(guó)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(guó)水稻所錢(qián)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(gè)籽粒大小調(diào)控基因；同時(shí)鑒定了多個(gè)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(duì)其中一個(gè)大粒突變體large1 進(jìn)行了系統(tǒng)研究。LARGE1編碼一個(gè)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(guò)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(guò)抑制穎殼的細(xì)胞擴(kuò)展來(lái)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(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，可以通過(guò)與多個(gè)不同的蛋白相互作用來(lái)調(diào)控植物的生長(zhǎng)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(qián)前為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和中科院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的資助。