2018年3月20日生科院植物所劉建祥教授以最后通訊作者身份在《分子植物》（Molecular Plant）上在線發(fā)表題為“A Novel QTL qTGW3 Encodes the GSK3/SHAGGY-LikeKinase OsGSK5/OsSK41 that Interacts with OsARF4 toNegatively Regulate Grain Size and Weight in Rice”的研究論文，解析水稻籽粒發(fā)育調(diào)控的分子機(jī)制。該論文報道通過QTL定位克隆鑒定了一個控制水稻籽粒長度和千粒重的基因，編碼一個GSK3家族的蛋白激酶OsSK41。進(jìn)一步研究揭示?OsSK41與OsARF4相互作用并磷酸化OsARF4，調(diào)控該蛋白的積累水平和轉(zhuǎn)錄抑制活性，影響籽粒發(fā)育過程中生長素響應(yīng)基因的表達(dá)。通過基因編輯技術(shù)和QTL聚合手段可明顯提高水稻的籽粒大小和重量，顯示出該基因位點(diǎn)在水稻分子模塊設(shè)計(jì)育種中的應(yīng)用潛力。
作為重要的糧食作物之一，水稻養(yǎng)活了全世界一半以上人口。水稻產(chǎn)量的構(gòu)成因素主要由有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重組成，千粒重主要由籽粒大?。ｉL、粒寬和粒厚）決定。目前中外科學(xué)家已克隆了一些控制水稻粒長、粒寬和千粒重的QTL和基因，對高產(chǎn)水稻育種具有重要的促進(jìn)作用，但調(diào)控水稻籽粒發(fā)育的分子機(jī)理有待更深入的研究。
劉建祥課題組與復(fù)旦大學(xué)羅小金課題組合作，利用自然變異的水稻材料定位到一個控制水稻籽粒大小和千粒重的QTL，qTGW3，編碼一個GSK3/SHAGGY-Like家族的蛋白激酶OsGSK5/OsSK41。該蛋白的功能缺失可增加水稻粒長和千粒重，但不影響株高等其他農(nóng)藝性狀。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)并證明?OsSK41與OsARF4相互作用并磷酸化OsARF4。OsARF4是植物生長素途徑中的轉(zhuǎn)錄抑制因子，該蛋白的功能缺失同樣可以增加水稻粒長。OsSK41與OsARF4共表達(dá)可增強(qiáng)OsARF4的轉(zhuǎn)錄抑制功能，抑制生長素下游基因的表達(dá)。qTGW3位點(diǎn)OsSK41功能缺失突變在現(xiàn)有育種材料和生產(chǎn)品種中出現(xiàn)的頻率較低，說明該基因位點(diǎn)目前還沒有被廣泛利用。通過定點(diǎn)基因編輯以及與其它QTL聚合，發(fā)現(xiàn)qTGW3/OsSK41位點(diǎn)在提高水稻籽粒大小和產(chǎn)量方面有較高的育種價值。羅小金課題組的博士生胡澤軍、劉建祥課題組的陸孫杰博士和博士生王梅敬為該論文的共同第一作者，劉建祥教授和羅小金教授為論文的共同通訊作者。江西農(nóng)業(yè)大學(xué)的賀浩華教授、中科院遺傳發(fā)育所的儲存才研究員、中科院植生所薛紅衛(wèi)研究員等也參與了該項(xiàng)工作。該研究得到國家科技部、國家自然科學(xué)基金委和上海市科委等項(xiàng)目的資助。
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