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水稻（Oryza sativa ）是全球一半以上人口的主要食物来源，为人类提供淀粉、蛋白质、脂质和矿物质营养。种子大小由粒长、粒宽、粒厚和谷粒充实度共同决定，是受多基因多网络调控的数量性状，它不仅直接影响水稻的产量与品质，同时也是驯化和育种的靶标性状。目前，已有多个QTL以及信号通路被证明可以调控水稻种子大小，然而，由于基因与基因、通路与通路之间复杂的交叉互作，导致对其分子机制和调控网络的理解仍然有限。本文详细介绍了水稻G蛋白在调控水稻种子发育中的遗传和分子机制，并讨论了提高水稻产量的策略以及目前亟待解决的5个G蛋白相关的科学问题，旨在为水稻的遗传改良提供参考，同时为水稻G蛋白信号通路的研究提供新思路。2024年6月，Seed Biology 在线发表了李一博团队题为G protein regulation in rice seed biology 的综述论文。本文综述了近年来G蛋白信号通路在种子发育中的研究进展，包括种子大小、数量、产量、品质和抗逆等，重点阐述了G蛋白信号通路在种子生物学中的分子和细胞调控网络（图1）。
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图1 G蛋白在水稻种子生长发育过程中的调控网络
G蛋白响应BR和GA等信号，参与水稻氮转运、激素合成、灌浆等多个进程。Gα亚基RGA1通过调控氮利用效率以及灌浆过程中α淀粉酶的活性影响种子大小，且E3泛素连接酶TUD1与RGA1相互作用介导早期BR反应；Gβ亚基RGB1通过下游效应蛋白影响生长素（IAA）的合成过程以及ADP葡萄糖焦磷酸酶（AGPase）和淀粉合酶（SS）的酶活调控籽粒大小；典型的Gγ亚基RGG1和RGG2参与水稻赤霉素（GA）和细胞分裂素（CTK）的合成，非典型的Gγ亚基DEP1和GGC2抑制TON1-TRM-PP2A 复合体的功能从而影响细胞的纵向延伸，CLG1作为非典型的Gγ亚基GS3的上游影响其蛋白稳定性从而抑制其功能。在种子发育过程中，Gβγ亚基复合体还可以进入细胞核影响多个转录因子的转录活性，通过影响细胞的扩增和增殖过程控制籽粒大小。
G蛋白在植物中高度保守且功能相似。水稻作为模式植物在G蛋白方面具有许多重要的研究基础，因此，未来水稻G蛋白信号转导的研究进展可为其它植物提供理论参考。目前，G蛋白接收的胞外信号、其直接上游受体、直接下游效应蛋白质仍未知。对粒形贡献相反的Gβγ亚基为何以复合体形式发挥功能及其复合体入核的机制也未被揭晓。本文通过5个关键科学问题引出了水稻G蛋白信号通路下一步研究的重点， 以期进一步完善G蛋白的调控网络，为水稻及其它作物的遗传改良提供新思路。
华中农业大学生命科学技术学院、湖北洪山实验室、作物遗传改良全国重点实验室李一博教授为该文通讯作者，研究生熊萌、张慧颖、黄宇昕为共同第一作者。该研究获得了国家自然科学基金和湖北洪山实验室的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.48130/seedbio-0024-0008
seedbio-0024-0008.pdf
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