水稻遺傳育種組王侯聰教授團(tuán)隊(duì)在水稻籽粒大小和耐冷性調(diào)控研究方面取得重要進(jìn)展
2019年4月25日，廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院水稻遺傳育種組王侯聰教授團(tuán)隊(duì)在《Journal of Experimental Botany》在線發(fā)表了題為“A Missense Mutation in LGS1?Increases Grain Size and Enhances Cold Tolerance in Rice?”的研究論文，揭示了水稻LGS1調(diào)控籽粒大小和耐冷性的分子機(jī)制。
水稻（Oryza sativa?L.）是我國(guó)乃至全世界最重要的糧食作物之一，全球一半以上的人口以稻米為主要食物來(lái)源，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界有100多個(gè)國(guó)家種植水稻，栽種面積巨大，其中90%左右集中在亞洲的東亞、東南亞、南亞地區(qū)。中國(guó)水稻播種面積占全國(guó)糧食作物的1/4，而產(chǎn)量則占到一半以上，我國(guó)有高達(dá)60%的人口以水稻為主食，是世界上最大的稻米生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。
隨著世界人口的增長(zhǎng)、耕地面積的有限性、全球氣候變化頻繁，水稻生產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，提高水稻產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)是水稻遺傳育種研究的永恒主題。粒形由粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚及千粒重組成，是影響水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的主要農(nóng)藝性狀之一，是衡量稻米外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)。
????生命科學(xué)學(xué)院水稻遺傳育種組王侯聰教授團(tuán)隊(duì)自20世紀(jì)90年代以來(lái)一直致力于大粒優(yōu)質(zhì)水稻新品種的遺傳育種研究，該研究以福建當(dāng)?shù)仄贩N（麻85，Ma85）通過(guò)60Co-γ射線輻照水稻成熟花粉誘變技術(shù)創(chuàng)制水稻新種質(zhì)，以其中長(zhǎng)大粒水稻突變體（JF178，佳輻178）為研究材料，通過(guò)十多年的基礎(chǔ)研究工作，團(tuán)隊(duì)利用近等基因系（NILs）和圖位克隆法獲得位于水稻2號(hào)染色體長(zhǎng)臂端一個(gè)控制粒長(zhǎng)、粒寬及千粒重的半顯性數(shù)量性狀基因座（semi-dominate Quantitative Trait Loci，QTLs），命名為LGS1（Large grain shape 1），并研究了其分子機(jī)制。LGS1編碼植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子OsGRF4，定位于細(xì)胞核中，與OsGIF（GRF-interacting factor）互作。突變體LGS1在WRC結(jié)構(gòu)域上，miR396匹配序列上存在2-bp替換導(dǎo)致氨基酸由絲氨酸替換成賴氨酸（S163K），堿基突變（TC-AA）減弱了miR396對(duì)LGS1的靶向抑制作用。OsGRF4極顯著表達(dá)于分生組織、幼穗和灌漿過(guò)程中，在功能上增加籽?？v向穎殼細(xì)胞長(zhǎng)度和數(shù)量，增加橫向穎殼細(xì)胞寬度，促進(jìn)胚乳細(xì)胞數(shù)量的增加，促進(jìn)灌漿速率，形成大胚乳，最終增加粒長(zhǎng)、粒寬及粒重。此外，研究發(fā)現(xiàn)水稻在苗期冷脅迫下，miR396表達(dá)水平顯著上調(diào)，而LGS1的突變降低miR396靶向抑制能力，并增加了苗期冷脅迫的存活率。
該研究進(jìn)一步表明，LGS1的突變可能擾亂了OsGRF4-miR396-脅迫響應(yīng)應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)，從而增加水稻粒長(zhǎng)、粒寬及粒重，并增強(qiáng)水稻苗期耐冷性，為水稻育種工作提供了重要的研究理論基礎(chǔ)。
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廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳小龍博士為論文第一作者，美國(guó)愛達(dá)荷大學(xué)洪宗烈教授、廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃育民教授、黃榮裕博士為本文通訊作者。本研究得到了福建省種業(yè)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化工程項(xiàng)目（FJZYCXNY2017004），福建省科技計(jì)劃（2017N2010290），中國(guó)水稻生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（170101）和USDA-Hatch project（IDA-01423）的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/erz192
（生命科學(xué)學(xué)院）
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