水稻是全球最重要的糧食作物之一，水稻穗子的大小和穗粒數(shù)決定水稻產(chǎn)量。近年來(lái)，一些影響水稻穗子大小和穗粒數(shù)的基因陸續(xù)被報(bào)道，但學(xué)界尚不清楚調(diào)控水稻穗子大小和穗粒數(shù)的分子機(jī)制，因此，闡明協(xié)同調(diào)控水稻穗子大小和穗粒數(shù)的遺傳及分子機(jī)制對(duì)水稻高產(chǎn)育種具有重要意義。
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李云海團(tuán)隊(duì)、研究員姚善國(guó)團(tuán)隊(duì)和中國(guó)水稻所院士錢前團(tuán)隊(duì)等合作，發(fā)現(xiàn)了水稻穗子大小和穗粒數(shù)調(diào)控的重要機(jī)制。李云海團(tuán)隊(duì)已通過(guò)大規(guī)模遺傳篩選，分離了一系列水稻大穗突變體large，報(bào)道了GSK2磷酸化LARGE1/OML4調(diào)控種子和穗子大小的新機(jī)制 （Lyu et al., 2020, Plant Cell）。近期，有研究團(tuán)隊(duì)解析了LARGE2基因調(diào)控水稻穗子大小和穗粒數(shù)的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，large2突變體表現(xiàn)為穗子增大、一次枝梗和二次枝梗數(shù)明顯增多，因此，導(dǎo)致每穗粒數(shù)明顯增加；葉片寬度和粒寬相比野生型也增寬，株高略微降低、莖稈變粗。細(xì)胞學(xué)分析表明，LARGE2通過(guò)影響分生組織大小和活性，從而決定穗子大小和穗粒數(shù)。LARGE2編碼了一個(gè)具有HECT結(jié)構(gòu)域的E3泛素連接酶。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，LARGE2與穗粒數(shù)調(diào)控關(guān)鍵因子APO1和APO2在體內(nèi)直接相互作用，并調(diào)控了APO1和APO2的蛋白穩(wěn)定性。遺傳分析表明，LAEGE2和APO1/APO2作用在同一條遺傳途徑調(diào)控水稻穗子大小和穗粒數(shù)。該研究揭示了LARGE2-APO1/APO2途徑調(diào)控水稻穗大小和穗粒數(shù)的新機(jī)制，為水稻高產(chǎn)育種提供了理論基礎(chǔ)和基因資源。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在The Plant Cell上（DOI:10.1093/plcell/koab041）。李云海組黃洛將、徐冉和姚善國(guó)組華凱為論文的共同第一作者，李云海、姚善國(guó)和錢前為論文的共同通訊作者。研究工作得到轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)、國(guó)家自然基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的資助。
LARGE2-APO1/APO2途徑調(diào)控水稻穗子大小和粒數(shù)的工作模型
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