水稻產(chǎn)量是一個(gè)復(fù)雜的性狀，單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和粒重是決定單位面積產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。水稻的粒重（千粒重）主要由籽粒的大小決定，即粒長、粒寬和粒厚。水稻的粒型不僅影響水稻的產(chǎn)量還協(xié)同調(diào)控水稻的穗粒數(shù)和稻米的品質(zhì)。油菜素內(nèi)酯（brassinosteroids, BRs）是一類多羥基化的甾醇類植物激素，廣泛參與植物生長與發(fā)育的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其在水稻籽粒大小的調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。然而，目前對于BRs信號(hào)通路與水稻粒型調(diào)控的分子機(jī)制的了解仍然有待進(jìn)一步擴(kuò)展。因此挖掘調(diào)控水稻粒型的關(guān)鍵基因，深入研究其分子作用機(jī)制，為培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻新品種提供理論基礎(chǔ)和基因資源。

JIPB近日在線發(fā)表了萬建民院士團(tuán)隊(duì)題為“Small and Round Grain is involved in brassinosteroid signaling pathway that regulates grain size in rice”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)水稻中一個(gè)編碼含有kinesin結(jié)構(gòu)域蛋白SRG通過BR信號(hào)通路調(diào)控水稻籽粒大小。

研究人員鑒定到一個(gè)半矮稈小粒的水稻突變體srg，突變體株高變矮、粒長變短。圖位克隆發(fā)現(xiàn)SRG編碼一個(gè)含有kinesin結(jié)構(gòu)域蛋白。細(xì)胞學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，srg突變體的穗表皮細(xì)胞長度和數(shù)目減少，表明SRG通過影響細(xì)胞大小和細(xì)胞增殖來調(diào)控粒型。定量結(jié)果顯示SRG在植物的各組織中組成性表達(dá)，在幼穗中表達(dá)相對較高。SRG受BR誘導(dǎo)，OsWRKY53激活SRG基因的表達(dá)，OsBSK3與SRG蛋白互作，進(jìn)而磷酸化SRG蛋白，SRG蛋白變得更穩(wěn)定。此外，免疫熒光實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)突變體srg和敲除突變體cr-1的微管（MT）形態(tài)異常。這些發(fā)現(xiàn)表明，BR可能通過穩(wěn)定SRG蛋白來促進(jìn)微管的有序組裝和排列，從而調(diào)控籽粒大小。同時(shí)，SRG過表達(dá)產(chǎn)生更大的籽粒，并且增加了千粒重，說明SRG具有提高水稻產(chǎn)量的潛力。我們的研究表明，SRG是一種新的BR響應(yīng)因子，BR可能通過影響SRG的表達(dá)來調(diào)控水稻粒型。

博士生繆榮、林啟冰研究員和已畢業(yè)博士生曹鵬輝為論文共同第一作者。萬建民院士和江玲教授為共同通訊作者。該研究得到了國家科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目和生物育種鐘山實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的資助。