万建民院士团队揭示水稻籽粒大小调控新机制

万建民院士团队揭示水稻籽粒大小调控新机制

9月21日,中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队鉴定了水稻籽粒大小的关键调节因子SMG4,并阐明其分子机制,为水稻粒型改良提供了新基因资源。相关研究成果发表在《植物细胞(The Plant Cell)》上。

籽粒大小是水稻粒重的主要决定因素,直接影响水稻的产量。因此,发掘籽粒大小调控关键基因,解析其分子调控通路,可以为水稻高产育种提供理论依据和基因资源。

该团队鉴定到一个SMG4基因发生突变的水稻小粒突变体smg4,该突变体籽粒的粒长、粒宽和粒厚均变小。与野生型相比,smg4 突变体颖壳中的细胞变小且数目减少。研究表明,该突变基因编码一个MATE家族的转运蛋白,敲除该基因的水稻籽粒变小,而过表达该基因则籽粒变大。研究发现,该蛋白主要定位于内质网输出位点,部分定位于内质网和高尔基体上。蛋白互作实验证明,SMG4与外壳蛋白复合体Ⅱ(COPⅡ)的组分Sar1、Sec23和Sec24以及细胞色素P450亚家族CYP78A的成员BG2、GL3.2和BG2L1均存在物理互作,共同调控水稻籽粒的大小。进一步研究发现,Sar1干扰家系籽粒变小,而在SMG4的敲除突变体中干扰Sar1,籽粒变得更小;CYP78A亚家族成员 (BG2、GL3.2和BG2L1)的干扰家系籽粒变小,而在SMG4的过表达家系中干扰CYP78A家族成员,籽粒表型可以得到部分恢复。以上证据表明,SMG4与COPII组分及CYP78A家族成员可能组成一个功能蛋白复合体,至少部分在同一遗传通路中参与调控水稻籽粒大小。该研究发现了植物内膜系统参与调控籽粒大小的新机制,揭示了调控水稻籽粒大小的新通路,为水稻籽粒大小调控的分子和遗传机制提供了新见解。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1093/plcell/koad239