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研究发现水稻种子大小和产量调控机制

来源: 中国科学院 时间: 2025-05-07

  水稻是全球最重要的粮食作物之一。水稻产量主要由有效分蘖数、穗粒数及粒重决定。水稻种子大小是影响粒重、产量和外观品质的关键农艺性状。因此,挖掘水稻籽粒大小和粒重的关键调控基因并解析其分子机制,可为水稻高产优质分子设计育种提供基因资源和理论基础。

  近期,中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李云海团队建立了以GS2-SUG1为中心的调控水稻种子大小和产量的分子遗传网络。此前,该团队报道了转录因子GS2/OsGRF4正调控水稻籽粒大小和产量,且GS2的表达受OsmiR396调控,但GS2调控种子大小的具体机制尚不明晰。为进一步研究GS2调控种子大小和粒重的分子机制,该团队对GS2AA大粒材料进行诱变,筛选得到抑制子SUG1(suppressor 1 of GS2AA)突变体并克隆得到SUG1基因。

  研究发现,GS2可结合SUG1的启动子并激活其表达,且SUG1可与OsBZR1、OsMADS56及OsSPL13等多个转录因子互作,通过GA、BR和生长信号途径调控种子大小,并作为转录调控因子发挥功能。同时,研究发现,SUG1的自然变异影响籽粒大小。实验表明,将籼稻品种中的SUG1Hap2等位变异遗传转化到具有SUG1Hap3等位基因的粳稻品种中,可提高水稻籽粒大小和产量。

  这一研究建立了以GS2-SUG1为中心的种子大小调控网络,整合了调控种子大小的多种生长信号途径,为作物改良育种提供了潜在靶标。

  相关研究成果以A molecular framework for the GS2-SUG1 module-mediated control of grain size and weight in rice为题,发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到科学技术部等的支持。

  论文链接

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以GS2-SUG1为中心的分子遗传网络调控水稻种子大小和粒重

供稿人:杨越

审核人:文成锋