提高水稻单产对全球粮食安全具有重要的意义。水稻单株产量由粒重、穗粒数和有效穗三因素决定。其中，粒数和粒重是改良的关键性状，克隆这两个性状的功能基因，并揭示粒数和粒重形成的分子机制非常重要。西南大学水稻团队近期连续在国际知名期刊《自然通讯》（Nature Communications ）、《植物杂志》（ Plant Journal ）发表研究成果，揭示水稻粒重和粒数形成的分子机制。
今年10月3日，《自然通讯》在线发表了西南大学水稻研究所题为《qRBG1/OsBZR5启动子自然变异引起水稻增产》（Natural variation in the promoter of qRBG1/OsBZR5 underlies enhanced rice yield）的最新研究成果。该研究从单片段代换系（SSSL）构建开始，历时18年。SSSL是集功能基因鉴定和分子设计育种于一体的理想遗传育种材料。研究利用粳型亲籼SSSL-Z499图位克隆1个籼、粳亚种间粒型分化的关键基因qRBG1/OsBZR5。该基因通过同时影响细胞扩张和细胞分裂调控水稻籽粒大小。 在日本晴背景中含有来自籼型恢复系西恢18的稀有等位变异基因qRBG1Z的单片段代换系Z499 表现长、宽大粒；与日本晴相同的Hap I粳稻品种呈现典型的短、宽粒；与qRBG1Z序列接近的Hap V、Hap VI 和Hap Ⅳ等籼型品种呈现典型的细长粒(图1)。
qRBG1为非典型的BES1/BZR1家族新成员OsBZR5，不同于水稻中已报道的OsBZR1-OsBZR4。qRBG1缺少3个重要的保守结构域，负调控水稻籽粒大小，而OsBZR1–OsBZR4 正调控水稻籽粒大小。通过一系列实验表明，qRBG1/OsBZR5 和 OsBZR1协同抑制 BR合成途径基因D2, 而拮抗介导BR信号途径调控籽粒大小的基因OFP1。该研究阐明了通过OsGSK2–qRBG1–OsBZR1–D2–OFP1调控水稻籽粒大小的新分子机制 (图2)，为提高水稻产量提供了新途径。西南大学为论文署名单位，赵芳明教授、何光华教授为共同通讯作者，博士生张秋丽、教师吴仁鸿为共同第一作者。研究由国家自然科学基金、国家地区联合基金及科技创新重大项目等资助。
前期，《植物杂志》在线发表了题为《转录因子OsNF-YC1通过协同转录激活OsMADS1转录因子调控水稻籽粒大小》（Transcription factor OsNF-YC1 regulates grain size by coordinating the transcriptional activation of OsMADS1 in Oryza sativa L.）的研究论文，解析了OsNF-YC1-OsMADS1-OsMADS55通路在水稻粒宽发育中的分子调控机理（图3）。OsNF-YC1敲除突变体籽粒变窄、千粒重降低，但穗粒数增多，从而保持单株产量不变，这为利用生物育种手段协同改良水稻产量和品质提供了基因资源和育种策略。西南大学为论文署名单位，硕士研究生崔志波、高级实验师王晓雯为共同第一作者，桑贤春教授为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、重庆市现代农业产业技术体系创新团队、重庆市自然科学基金创新群体和西南大学青年团队专项基金的资助。
此外，《植物杂志》还在线发表了题为《STAMENLESS1 激活SUPERWOMAN 1 和FLORAL ORGAN NUMBER 1 调控水稻花器官身份特化和花分生组织命运》（STAMENLESS1 activates SUPERWOMAN 1andFLORAL ORGAN NUMBER 1to Control Floral Organ Identities and Meristem Fate in Rice）的研究论文，揭示了STAMENLESS1(SL1)编码一个 C2H2 单锌指结构域蛋白，与花同源异型基因SPW1（B类基因）以及DROOPING LEAF（DL）在特化花器官身份和花分生组织命运方面的相互作用，为完善水稻花/穗发育的分子网络提供了新的途径。西南大学为论文署名单位，博士后庄慧和研究生李宇欢为论文共同第一作者，李云峰教授为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、重庆现代农业产业技术体系和中国博士后科学基金资助项目的支持。
扩展阅读：
原文链接1：https://doi.org/10.1038/s41467-024-52928-9
原文链接2：http://dx.doi.org/10.1111/tpj.16868
原文链接3：https://doi.org/10.1111/tpj.16637