水稻籽粒大小是重要的農(nóng)藝性狀，同時也是重要的發(fā)育生物學問題。雖然在水稻中已報道了一些調(diào)控種子大小的關(guān)鍵基因，但對其詳細分子機制和遺傳調(diào)控網(wǎng)絡的理解仍然有限。

中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李云海研究組與浙江理工大學汪得凱團隊、中國水稻所錢前團隊、中科院遺傳發(fā)育所汪迎春團隊合作發(fā)現(xiàn)了調(diào)控水稻籽粒大小和粒重的新機制。為了解析水稻籽粒大小調(diào)控的分子機制和分子遺傳網(wǎng)絡，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，克隆了多個籽粒大小調(diào)控基因；同時鑒定了多個籽粒大小調(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）。本研究對其中一個大粒突變體large1 進行了系統(tǒng)研究。LARGE1編碼一個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，而過表達OML4 導致水稻籽粒變小,表明OML4是籽粒大小的負調(diào)控因子。細胞生物學分析表明OML4通過抑制穎殼的細胞擴展來調(diào)節(jié)籽粒大小。進一步研究發(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)酯信號傳導過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，可以通過與多個不同的蛋白相互作用來調(diào)控植物的生長發(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的汪得凱為該論文的共同第一作者，李云海和錢前為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中科院青年創(chuàng)新促進會和中科院先導專項的資助。