The Crop Journal | 西南大学水稻研究所揭示FGW1调控水稻灌浆和籽粒大小的分子机制

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，其产量主要取决于粒重、穗粒数和分蘖数三个重要农艺性状。一般认为，水稻的颖壳会影响籽粒的大小，而灌浆则影响着稻米品质。目前已有许多通过影响细胞分裂和细胞生长调控籽粒大小的基因被报道。GW7/GL7、TGW6、SG1、qSW5、WCR1和BG2都与细胞分裂有关。而稻米品质与籽粒大小往往可能会呈现出负相关。较大的籽粒往往表现出较差的稻米质量和不同程度的胚乳粉化，这主要源于籽粒灌浆阶段的淀粉合成异常。FLO2通过影响胚乳中储藏性物质的积累，在调控水稻籽粒大小和淀粉品质中发挥关键作用；FLO10编码P型PPR蛋白，其功能的丧失会导致籽粒变小、胚乳不透明，在维持线粒体功能和胚乳发育中起重要作用。PPR蛋白，如OsNPPR1和FLO18，同样参与水稻的线粒体功能和胚乳发育。尽管在籽粒大小和胚乳发育方面的研究取得了一定的进展，但其详细的分子机制仍然未知。

近日，西南大学水稻研究所在The Crop Journal在线发表了题为“FGW1, a protein containing DUF630 and DUF632 domains, regulates grain size and filling in Oryza sativa L.”的研究论文。作者以籼稻缙恢10号（J10）背景下的自然突变体fgw1（filling-defective and grain width）为研究材料，进一步探究了水稻粒型和灌浆的分子调控机制。

研究者发现，与野生型（WT）相比，突变体fgw1的籽粒变宽，细胞数量和千粒重也显著上升（图1）。进一步分析发现，fgw1的籽粒灌浆速度显著上升，但是其胚乳淀粉颗粒形态异常，籽粒总淀粉和直链淀粉含量均极显著下降，同时蔗糖和葡萄糖的含量极显著上升（图2）。图位克隆将FGW1定位在10号染色体。测序结果表明，由于FGW1的一处碱基丢失，导致其编码的蛋白提前终止，出现了该突变体表型（图3）。对FGW1超表达和RNA干涉转基因株系进行表型鉴定，发现FGW1可能对籽粒宽度起负调控（图4）。FGW1表达模式分析发现，该基因在全组织表达，尤其在发育的小穗中表达量最高（图5）。酵母双杂交和双荧光分子互补实验鉴定到FGW1的一个互作基因GF14f（图6）。GF14f是14-3-3蛋白家族的成员之一，该蛋白家族是植物初级代谢和细胞信号传导的主要调节因子。GF14f已被报道负调控籽粒发育和灌浆。GF14f-RNAi转基因株系籽粒中，蔗糖合酶（SuSase）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）和淀粉合酶（StSase）活性增强。定量分析表明，突变体fgw1中GF14f表达量下调，酶活检测发现AGPase、StSase和SuSase酶活均极显著上升，这也与已报道的GF14f-RNAi转基因株系酶活变化相吻合。转录组数据分析表明，FGW1参与调节细胞进程和糖代谢（图7）。综上所述，FGW1很可能通过与GF14f互作，共同影响籽粒细胞分裂和水稻灌浆，参与调控籽粒大小和稻米品质。

作者和基金项目

西南大学水稻研究所李杨羊博士、贵州中医药大学何沛龙老师和西南大学王晓雯老师为该文共同第一作者，西南大学水稻研究所桑贤春教授和何光华教授为共同通信作者。该研究得到国家重点研发计划（2022YFD1201600和2016YFD0100501）、重庆市自然科学基金（cstc2020jcyj-msxm0539）、国家自然科学基金（32171964）和重庆市创新群体科学基金（cstc2021jcyj-cxttX0004）等项目资助。

本文转载自The Crop Journal

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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