水稻是全球最重要的糧食作物之一。水稻產(chǎn)量主要由有效分蘗數(shù)、穗粒數(shù)及粒重決定。水稻種子大小是影響粒重、產(chǎn)量和外觀品質(zhì)的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀。因此，挖掘水稻籽粒大小和粒重的關(guān)鍵調(diào)控基因并解析其分子機(jī)制，可為水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)分子設(shè)計(jì)育種提供基因資源和理論基礎(chǔ)。
近期，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)建立了以GS2-SUG1為中心的調(diào)控水稻種子大小和產(chǎn)量的分子遺傳網(wǎng)絡(luò)。此前，該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了轉(zhuǎn)錄因子GS2/OsGRF4正調(diào)控水稻籽粒大小和產(chǎn)量，且GS2的表達(dá)受OsmiR396調(diào)控，但GS2調(diào)控種子大小的具體機(jī)制尚不明晰。為進(jìn)一步研究GS2調(diào)控種子大小和粒重的分子機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)對(duì)GS2AA大粒材料進(jìn)行誘變，篩選得到抑制子SUG1（suppressor 1 of GS2AA）突變體并克隆得到SUG1基因。
研究發(fā)現(xiàn)，GS2可結(jié)合SUG1的啟動(dòng)子并激活其表達(dá)，且SUG1可與OsBZR1、OsMADS56及OsSPL13等多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子互作，通過GA、BR和生長(zhǎng)信號(hào)途徑調(diào)控種子大小，并作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子發(fā)揮功能。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，SUG1的自然變異影響籽粒大小。實(shí)驗(yàn)表明，將秈稻品種中的SUG1Hap2等位變異遺傳轉(zhuǎn)化到具有SUG1Hap3等位基因的粳稻品種中，可提高水稻籽粒大小和產(chǎn)量。
這一研究建立了以GS2-SUG1為中心的種子大小調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，整合了調(diào)控種子大小的多種生長(zhǎng)信號(hào)途徑，為作物改良育種提供了潛在靶標(biāo)。
相關(guān)研究成果以A molecular framework for the GS2-SUG1 module-mediated control of grain size and weight in rice為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部等的支持。
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