Cell Reports | 李云海等团队合作发现了水稻和小麦种子大小和重量调控的新机制

学术 2024-10-29 18:26 湖北

水稻和小麦是重要的粮食作物，籽粒大小和粒重是影响作物产量的重要因素。因此，挖掘调控水稻和小麦籽粒大小和粒重的关键基因并解析其分子机制，对于提高作物产量具有重要的利用价值和指导意义。

近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组与汪迎春研究员、河南大学周云教授等合作发现了调控水稻和小麦籽粒大小和粒重的新机制。李云海团队与合作者前期报道了一个调控水稻籽粒大小和产量的转录因子GS2，而OsmiR396可以调控GS2表达。来自籼稻品种巨大粒的GS2在OsmiR396的靶位点发生了两个碱基的替换(由TC突变为AA)，该等位变异（NIL-GS2AA）能显著增加水稻的粒长、粒宽、粒重和产量（Duan et al., Nature Plants 2015）。为了进一步研究GS2调控种子大小和粒重的分子机制，该团队对近等基因系NIL-GS2AA进行诱变，筛选出了NIL-GS2AA的增强子eog1（enhancer1 of NIL-GS2AA）突变体。eog1突变体的粒长、粒宽和粒重相比NIL-GS2AA都显著增加。EOG1编码一个RNA结合蛋白，可以结合多个参与调控水稻籽粒大小基因的mRNA，并影响它们的表达量。进一步研究发现，OsGSK3可以磷酸化EOG1，从而调控EOG1的蛋白稳定性。遗传分析表明EOG1与OsGSK3在同一遗传途径调控水稻籽粒大小和粒重，但独立于GS2。此外，通过基因编辑技术敲除EOG1在小麦中的同源基因TaEOG1A/B/D也会显著增加籽粒的长、宽和粒重，这表明EOG1在水稻和小麦中具有保守的功能。该研究揭示了OsGSK3-EOG1途径调控水稻籽粒大小和粒重的新机制，为提高水稻和小麦产量提供了理论基础和基因资源。

该研究成果以“Control of grain size and weight by the RNA-binding protein EOG1 in rice and wheat”为题于2024年10月22日在线发表于Cell Reports杂志（DOI:10.1016/j.celrep.2024.114856）。李云海研究组的严莉、焦兵阳、段朋根和河南大学郭光辉为该论文的共同第一作者，遗传发育所李云海研究员和河南大学周云教授为共同通讯作者。该项研究得到了生物育种专项、中国科学院先导专项，国家重点研发计划等项目的资助。

图: EOG1调控种子大小和重量的工作模型

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