日前，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬建民院士領(lǐng)銜的水稻功能基因組學(xué)創(chuàng)新研究組，在水稻粒寬與粒重調(diào)控機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展，揭示了控制水稻粒寬與粒重關(guān)鍵基因GW5通過調(diào)節(jié)油菜素內(nèi)酯（brassionsteroids, BR)信號途徑調(diào)控水稻籽粒發(fā)育的新機(jī)制，初步闡述了其功能作用模式與遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為水稻高產(chǎn)育種提供了重要的理論依據(jù)。該項(xiàng)研究成果于4月10日在線發(fā)表于《自然—植物（Nature Plants）》雜志上。

 

      據(jù)悉，水稻粒型是決定籽粒重量進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要性狀。GW5/qSW5為較早報道的控制水稻粒寬、粒重且效應(yīng)較強(qiáng)的數(shù)量性狀基因座（QTL）。GW5/qSW5在水稻資源中普遍存在，受環(huán)境影響較小且對粒型性狀貢獻(xiàn)率較高，對培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種具有重要的應(yīng)用價值。早在2008年，萬建民帶領(lǐng)科研人員與日本相關(guān)科研團(tuán)隊分別將GW5/qSW5位點(diǎn)成功定位在同一重疊區(qū)間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)存在于寬粒品種中的1,212-bp缺失與粒寬性狀關(guān)聯(lián)，并驗(yàn)證該缺失在水稻人工馴化和育種改良過程中被高強(qiáng)度地選擇以增加水稻產(chǎn)量。然而，兩研究團(tuán)隊預(yù)測的GW5/qSW5候選基因卻不相同，且均未報道對所預(yù)測基因的功能驗(yàn)證結(jié)果。因此，對于GW5/qSW5位點(diǎn)的功能基因需要進(jìn)一步明確。

 

      科研人員經(jīng)過深入研究，明確了位于該1,212-bp缺失區(qū)域上游一個編碼鈣調(diào)蛋白的基因，能夠顯著影響水稻粒寬，是GW5/qSW5位點(diǎn)的候選基因，仍命名為GW5，其主要在水稻籽粒發(fā)育時期的穎殼中表達(dá)。存在于寬粒品種的1,212-bp缺失通過調(diào)控GW5的表達(dá)量進(jìn)而調(diào)控籽粒大小。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，GW5蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)膜上，并可與油菜素內(nèi)酯信號途徑中的一個關(guān)鍵激酶GSK2直接互作，抑制GSK2磷酸化下游兩個轉(zhuǎn)錄因子BZR1和DLT活性，使得非磷酸化狀態(tài)的BZR1與DLT積累并進(jìn)入細(xì)胞核中，調(diào)控BR下游響應(yīng)基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控水稻粒型等生長發(fā)育過程。研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過CRISPR技術(shù)將GW5基因敲除，可以增加其它不含1,212-bp缺失的水稻品種籽粒的粒寬和粒重，達(dá)到增產(chǎn)的效果。上述研究結(jié)果揭示了水稻中BR信號途徑和籽粒發(fā)育調(diào)控的一種新機(jī)制，并為其它禾谷類作物的增產(chǎn)提供了新的思路。

 

      該論文以中國農(nóng)科院作科所為第一完成單位，博士研究生劉家范和陳雋為論文共同第一作者，萬建民院士與王海洋研究員為共同通訊作者。本研究得到了“國家自然科學(xué)基金重大研究計劃”“十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計劃”等重大科技專項(xiàng)的資助。（通訊員 衛(wèi)斐）
 

 

GW5通過抑制GSK2磷酸化下游轉(zhuǎn)錄因子BZR1與DLT來調(diào)控籽粒發(fā)育

 

      原文鏈接：http://www.nature.com/articles/nplants201743