钱前院士团队合作揭示GS2与IPA1互作调控水稻穗形的分子新机制
近日，中国水稻研究所钱前院士团队和超级稻育种创新团队合作在 New Phytologist 杂志在线发表了题为“GS2 cooperates with IPA1 to control panicle architecture”的研究论文。该研究揭示了 GS2 调控穗发育的新功能及 GS2 / IPA1 - DEP1 分子模块控制穗形的分子新机制，为今后培育高产水稻品种提供了优异的种质资源和理论基础。
籽粒大小和穗粒数是决定水稻产量的重要农艺性状。 GS2 编码一个受 OsmiR396 调控的生长调节因子 OsGRF4，该基因的显性等位型 GS2 BDL / GS2 TM （target site mutation，TM）在靶位点的突变会破坏 OsmiR396 介导的转录剪切，导致 GS2 表达上调，从而造成穗长、籽粒大小和产量的显著增加。 DEP1 是水稻Gγ亚基的一个成员，也是IPA1的直接下游靶基因，其自然变异已被证实能够增加穗分枝和每穗粒数，进而提高水稻产量。 IPA1 / OsSPL14 受 OsmiR156 的调控，其靶位点的突变会破坏 OsmiR156 介导的转录切割，从而减少分蘖数，同时增加茎秆强度、每穗粒数和产量。虽然 GS2 、 DEP1 和 IPA1 都能调控穗部性状并提高产量，但它们之间的相互作用尚不清楚。
本研究通过对 GS2 TM 过表达和RNAi发现， GS2 TM 在决定穗粒数上发挥着负调控作用。进一步的研究发现 GS2 是通过结合GCCA基序调控下游靶基因 DEP1 、 SRS3 、 LP 、 LG1 和 FZP 等而影响穗发育，其中 DEP1 也是 IPA1 的下游靶基因，且GS2蛋白又与IPA1互作，表明 DEP1是受GS2与IPA1的双重调控。此外， GS2和IPA1在靶位点的突变体 GS2 TM 和 IPA1 TM 均能够增加 DEP1 的表达，而GS2与IPA1的相互作用还能增强彼此对GCCA和GTAC基序的结合能力，也即该互作能够促进对 DEP1 的转录调控。因此，在杂交稻中聚合 GS2 TM 和 IPA1 TM 可进一步增强 DEP1 的表达，增加穗粒数和千粒重，从而显著提高水稻产量。
该研究得到国家自然科学基金中国农科院创新工程等、海南省院士创新平台专项研究基金等项目的资助。中国水稻研究所博士后王月影、博士研究生吕阳和文艺为该论文的共同第一作者。钱前院士、胡江研究员和王跃星研究员为该论文的共同通讯作者。
原文链接：http://doi.org/10.1111/nph.20412