提高水稻單產(chǎn)對(duì)全球糧食安全具有重要的意義。水稻單株產(chǎn)量由粒重、穗粒數(shù)和有效穗三因素決定。其中，粒數(shù)和粒重是改良的關(guān)鍵性狀，克隆這兩個(gè)性狀的功能基因，并揭示粒數(shù)和粒重形成的分子機(jī)制非常重要。西南大學(xué)水稻團(tuán)隊(duì)近期連續(xù)在國(guó)際知名期刊《自然通訊》（Nature Communications ）、《植物雜志》（ Plant Journal ）發(fā)表研究成果，揭示水稻粒重和粒數(shù)形成的分子機(jī)制。
日前，《自然通訊》在線(xiàn)發(fā)表了西南大學(xué)水稻研究所題為《qRBG1/OsBZR5啟動(dòng)子自然變異引起水稻增產(chǎn)》（Natural variation in the promoter of qRBG1/OsBZR5 underlies enhanced rice yield）的最新研究成果。該研究從單片段代換系（SSSL）構(gòu)建開(kāi)始，歷時(shí)18年。SSSL是集功能基因鑒定和分子設(shè)計(jì)育種于一體的理想遺傳育種材料。研究利用粳型親秈SSSL-Z499圖位克隆1個(gè)秈、粳亞種間粒型分化的關(guān)鍵基因qRBG1/OsBZR5。該基因通過(guò)同時(shí)影響細(xì)胞擴(kuò)張和細(xì)胞分裂調(diào)控水稻籽粒大小。 在日本晴背景中含有來(lái)自秈型恢復(fù)系西恢18的稀有等位變異基因qRBG1Z的單片段代換系Z499 表現(xiàn)長(zhǎng)、寬大粒；與日本晴相同的Hap I粳稻品種呈現(xiàn)典型的短、寬粒；與qRBG1Z序列接近的Hap V、Hap VI 和Hap Ⅳ等秈型品種呈現(xiàn)典型的細(xì)長(zhǎng)粒(圖1)。
qRBG1為非典型的BES1/BZR1家族新成員OsBZR5，不同于水稻中已報(bào)道的OsBZR1-OsBZR4。qRBG1缺少3個(gè)重要的保守結(jié)構(gòu)域，負(fù)調(diào)控水稻籽粒大小，而OsBZR1–OsBZR4 正調(diào)控水稻籽粒大小。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)表明，qRBG1/OsBZR5 和 OsBZR1協(xié)同抑制 BR合成途徑基因D2, 而拮抗介導(dǎo)BR信號(hào)途徑調(diào)控籽粒大小的基因OFP1。該研究闡明了通過(guò)OsGSK2–qRBG1–OsBZR1–D2–OFP1調(diào)控水稻籽粒大小的新分子機(jī)制 (圖2)，為提高水稻產(chǎn)量提供了新途徑。西南大學(xué)為論文署名單位，趙芳明教授、何光華教授為共同通訊作者，博士生張秋麗、教師吳仁鴻為共同第一作者。研究由國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家地區(qū)聯(lián)合基金及科技創(chuàng)新重大項(xiàng)目等資助。
前期，《植物雜志》在線(xiàn)發(fā)表了題為《轉(zhuǎn)錄因子OsNF-YC1通過(guò)協(xié)同轉(zhuǎn)錄激活OsMADS1轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控水稻籽粒大小》（Transcription factor OsNF-YC1 regulates grain size by coordinating the transcriptional activation of OsMADS1 in Oryza sativa L.）的研究論文，解析了OsNF-YC1-OsMADS1-OsMADS55通路在水稻粒寬發(fā)育中的分子調(diào)控機(jī)理（圖3）。OsNF-YC1敲除突變體籽粒變窄、千粒重降低，但穗粒數(shù)增多，從而保持單株產(chǎn)量不變，這為利用生物育種手段協(xié)同改良水稻產(chǎn)量和品質(zhì)提供了基因資源和育種策略。西南大學(xué)為論文署名單位，碩士研究生崔志波、高級(jí)實(shí)驗(yàn)師王曉雯為共同第一作者，桑賢春教授為通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、重慶市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、重慶市自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體和西南大學(xué)青年團(tuán)隊(duì)專(zhuān)項(xiàng)基金的資助。
此外，《植物雜志》還在線(xiàn)發(fā)表了題為《STAMENLESS1 激活SUPERWOMAN 1 和FLORAL ORGAN NUMBER 1 調(diào)控水稻花器官身份特化和花分生組織命運(yùn)》（STAMENLESS1 activates SUPERWOMAN 1andFLORAL ORGAN NUMBER 1to Control Floral Organ Identities and Meristem Fate in Rice）的研究論文，揭示了STAMENLESS1(SL1)編碼一個(gè) C2H2 單鋅指結(jié)構(gòu)域蛋白，與花同源異型基因SPW1（B類(lèi)基因）以及DROOPING LEAF（DL）在特化花器官身份和花分生組織命運(yùn)方面的相互作用，為完善水稻花/穗發(fā)育的分子網(wǎng)絡(luò)提供了新的途徑。西南大學(xué)為論文署名單位，博士后莊慧和研究生李宇歡為論文共同第一作者，李云峰教授為論文通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、重慶市自然科學(xué)基金、重慶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。
擴(kuò)展閱讀：
原文鏈接1：https://doi.org/10.1038/s41467-024-52928-9
原文鏈接2：http://dx.doi.org/10.1111/tpj.16868
原文鏈接3：https://doi.org/10.1111/tpj.16637
