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李云海、汪得凯、钱前等团队合作发现水稻籽粒大小和重量调控的新机制

   水稻是世界上最重要的粮食作物之一,提高水稻产量对全球人口的快速增长至关重要。种子大小和重量是重要的产量性状,因此最佳化种子大小和重量是提高农作物产量的关键策略。 

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队与浙江理工大学汪得凯、中国水稻所钱前和曾大力、比利时Dirk Inze等团队合作,揭示GW2-WG1-OsbZIP47途径调控水稻籽粒大小和粒重的新机制,对提高作物产量和粒型改良有潜在的应用价值。该研究从水稻过表达突变体库中分离了一个种子变宽变重的转基因系WG1-OEWG1编码一个CC类型谷氧还蛋白OsGRX8,该主要蛋白定位于细胞核中。过量表达该基因可显著增加粒宽和粒重,利用CRISPR/Cas9技术敲除WG1导致籽粒变窄变长。细胞学分析表明WG1通过促进细胞分裂调控粒宽。WG1与转录因子OsbZIP47直接互作,招募转录共抑制子ASP1来抑制OsbZIP47的转录活性,从而调控下游基因的表达。过表达OsbZIP47转基因植株籽粒窄长,而osbzip47突变体籽粒变宽。进一步研究发现E3泛素连接酶GW2可以泛素化WG1,并调控WG1的蛋白稳定性。遗传分析表明GW2WG1 bZIP47作用在同一遗传途径调控籽粒大小和重量。该研究揭示了GW2-WG1-OsbZIP47途径调控水稻籽粒大小的新机制,为作物高产育种提供了重要的基因资源。 

 

  该研究成果于2021427日在线发表于Molecular Plant杂志(DOI:10.1016/j.molp.2021.04.011)。李云海研究组郝建琴、伍应保、黄科和浙江理工大学汪得凯教授为该论文的共同第一作者,李云海研究员和钱前院士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然基金和中科院先导专项等资助。 

 

图:GW2-WG1-OsbZIP47途径调控水稻粒宽和粒重的工作模型