東北地理所在水稻葉角和粒型調(diào)控機(jī)制方面取得新進(jìn)展
全球50%以上人口以水稻為主食，2050年糧食需求預(yù)計(jì)增長60%，提高水稻產(chǎn)量對確保全球糧食安全至關(guān)重要。在眾多農(nóng)藝性狀中，粒型和葉角是影響水稻產(chǎn)量的兩個(gè)關(guān)鍵因素。直立葉可使群體光能利用率提升20%，且葉角減小10°可降低倒伏率30%，是理想株型育種的核心指標(biāo)之一。粒型性狀直接影響籽粒重量和品質(zhì)，是構(gòu)成單株產(chǎn)量的基礎(chǔ)要素。然而，目前水稻粒型和葉角的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍然還不夠系統(tǒng)，特別是關(guān)鍵調(diào)控基因的挖掘及其功能解析尚不完善。因此，深入開展水稻粒型和葉角調(diào)控基因的鑒定及其分子機(jī)制研究，對突破當(dāng)前水稻產(chǎn)量瓶頸具有重要的理論和實(shí)踐意義。
近日，東北地理所卜慶云研究團(tuán)隊(duì)在水稻粒型和葉角調(diào)控機(jī)制研究方向取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，胞質(zhì)受體類似蛋白激酶OsBSKs家族成員參與調(diào)控水稻的粒型和葉角，且OsBSK2和OsBSK3發(fā)揮更關(guān)鍵作用。osbsk2和osbsk3突變體籽粒變小、葉角直立，而OsBSK3過表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系則呈現(xiàn)出籽粒和葉角顯著增大的表型。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OsBSK2/OsBSK3能夠與MAPK級聯(lián)通路核心組分OsMKKK10結(jié)合，進(jìn)而間接激活MAPK下游組分OsMAPK6的激酶活性。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，MAPK級聯(lián)組分突變（osmapkkk10、osmkk4和osmapk6）可抑制OsBSK3過表達(dá)后造成的葉角和籽粒增大的表型，且OsWRKY53過表達(dá)可完全互補(bǔ)osbsk3突變體籽粒和葉角變小的表型。這說明OsBSKs-OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53可能作用于同一信號通路，參與調(diào)控水稻的葉角和粒型（圖1）。本研究深入解析了OsBSKs基因通過MAPK信號途徑協(xié)同調(diào)控籽粒大小和葉角的分子機(jī)制，完善了水稻粒型和葉角分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為水稻株型育種提供重要理論依據(jù)。
研究成果于近期在中國科學(xué)院一區(qū)Top期刊《Theoretical and Applied Genetics》上發(fā)表，東北地理所博士研究生金欣、黑龍江大學(xué)碩士研究生付琳麗和東北地理所碩士研究生陳春曉為論文共同第一作者，東北地理所卜慶云研究員、田曉杰副研究員以及黑龍江大學(xué)劉長華副教授為論文共同通訊作者。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2024YFD1201001）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目（2021229）和中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ02）聯(lián)合資助。
圖1. OsBSKs-OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53調(diào)控水稻粒型和葉角的模式圖
論文信息：
Xin Jin#, Linli Fu#, Chunxiao Chen#, Jiali Liu, Yingxiang Liu, Wei Zhang, Xiufeng Li, Changhua Liu*, Qingyun Bu*, Xiaojie Tian*. OsBSK3 and OsBSK2 regulate grain size and leaf angle via MAPK signaling pathway in rice. Theoretical and Applied Genetics, 2025, 138:104.
文章鏈接:
https://doi.org/10.1007/s00122-025-04889-w
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