近日，農學院、未來作物精準育種基礎研究卓越中心、嶺南現(xiàn)代農業(yè)科學與技術廣東省實驗室劉耀光院士和謝先榮副研究員團隊在期刊Journal of Integrative Plant Biology發(fā)表了題為“The OsPLATZ1-OsGRF4-DEP1 regulatory pathway promotes grain length in rice”的研究論文，揭示了OsPLATZ1-OsGRF4-DEP1模塊調控水稻粒長的分子機制，并利用基因編輯技術對OsPLATZ1啟動子進行人為改造，探索了利用該基因改善水稻稻米外觀品質和產量的應用前景。

 

　　水稻籽粒的粒重是影響產量的重要因素之一，其主要決定于籽粒的粒型，包括粒長、粒寬和粒厚，并且對稻米的外觀品質有著直接的影響。目前研究已鑒定出多個控制粒型的關鍵基因，例如OsGRF4/GS3、DEP1、GW8、OsMKKK10等，它們參與了轉錄因子調控、G蛋白途徑、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、泛素-蛋白酶體、激素等多個通路，但這些因子之間如何協(xié)同整合共同調控粒型仍有待進一步深入解析。

 

　　PLATZ（Plant AT-rich sequence and Zinc-binding）是一類植物特有的轉錄因子，通過其鋅指結構域結合DNA基序調控基因表達。在前期的研究中（Wang et al., 2019; Zhou et al., 2019），OsPLATZ1被報道是一個控制每穗粒數(shù)和粒長的基因（命名為GL6/SG6），其功能缺失導致每穗粒數(shù)增加、但粒長顯著變短，然而其在粒型調控網絡中的功能有待進一步研究。在該研究中，研究團隊證實了OsPLATZ1是一個具有弱轉錄激活功能的轉錄因子，可以通過結合“TGCGCA”基序。電泳遷移率實驗﹑ChIP-qPCR和dual-LUC等實驗表明，OsPLATZ1可靶向激活G蛋白γ亞基編碼基因DEP1的表達，從而調控水稻粒長。以OsPLATZ1為誘餌篩選到其互作蛋白OsGRF4，雙分子螢光互補和蛋白pull-down實驗進一步確認了兩者的物理互作關系。隨后，電泳遷移率實驗和dual-LUC等實驗表明，OsGRF4可強化OsPLATZ1對其下游靶基因DEP1啟動子的結合，并促進其轉錄活性。

 

　　由于OsPLATZ1在控制每穗粒數(shù)和粒長中的功能相反，存在“此增彼減”的問題，研究團隊進一步提出了通過微調OsPLATZ1的表達來平衡其調控每穗粒數(shù)和粒型的功能。利用多基因編輯技術對OsPLATZ1啟動子進行編輯，以團隊培育的水稻新品種華光絲苗（HG）為改良對象，獲得了具有不同刪除和插入事件的突變株系，其中株系CRR-3的籽粒長寬比顯著增加，并且整體產量也所有提高，說明其在分子育種中具有一定的應用潛力。

 

　　綜上所述，該研究揭示了OsPLATZ1-OsGRF4-DEP1模塊調控水稻粒長的分子機制，并且提出了一種利用基因編輯調控OsPLATZ1啟動子區(qū)改良粒型和產量的途徑，豐富了水稻粒型的分子調控網絡，為高產優(yōu)質水稻育種提供了分子育種靶點。

 

　　農學院博士后陳水福為第一作者，劉耀光院士和謝先榮副研究員為論文的通訊作者，陳樂天教授、陳遠玲副研究員等也參與了該項研究。研究得到了國家自然科學基金項目、國家資助博士后研究人員計劃和博士后科學基金面上項目的資助。

 

　　相關論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.70009