突破！敲除一个基因，水稻单株产量增加167.67%

近日，华南农业大学农学院刘向东/王兰团队在水稻粒型研究方面取得新进展，在中科院一区TOP期刊Plant Physiology （影响因子8.005）发表了题为“Natural Allelic Variation in GRAIN SIZE AND WEIGHT 3 of Wild Rice Regulates the Grain Size and Weight”的研究论文。

粒型是决定水稻产量的重要因素之一，水稻粒型由粒长、粒宽、粒厚等组成，增加粒长或粒宽能显著增加稻谷的粒重。另外，长宽比是稻米品质的一个重要指标。讫今，国内外已克隆了许多调控水稻粒型的基因，为水稻品质育种提供重要的基因资源，但从野生稻资源中克隆粒型的基因还不多。

本研究描述了一个来源于普通野生稻的自然变异等位基因GSW3的功能。GSW3在两定位亲本Huaye3（华野3号，来源于广东遂溪普通野生稻）与KJ01（福建农林大学梁康迳研究员提供的特长粒水稻品系）的基因组之间存在12个SNPs和1个232bp的大片段插入，且插入片段出现一个终止密码，导致Huaye3的GSW3提前终止，产生一条短的多肽，成为功能基因。GSW3编码一种GTPase调节蛋白，但没有典型的保守结构域，为一种非典型G蛋白，定位在细胞核。GSW3Huaye3的敲除突变体能明显增加籽粒的长度和宽度。其中KO-1和KO-2敲除突变体的粒长分别增加20.16%和14.05%，粒宽分别增加6.7%和4.6%，导致千粒重分别增加69.01%和52.64%，单株产量分别增加167.67%和 38.07%（图1）。GSW3负调控水稻的粒型，增产效果明显，在生产上具有很大的应用潜力，研究结果为水稻粒型高产和品质育种提供理论指导与育种材料。          

注：A. 敲除突变体的株型分析；B. 敲除突变体、过量表达突变体及互补转化体的粒长、粒宽分析；C. 敲除突变体的单株产量分析；D. 敲除突变体和过量表达突变体的RNA表达水平分析；E. 互补转化体的表型及RNA表达量分析。

农学院硕士毕业生白冯为本文第一作者，在读硕士研究生马卉锦为本文并列第一作者。刘向东教授和王兰副教授为本文共同通讯作者，本研究得到岭南现代农业重点实验室课题（NT2021001）、广东省自然科学基金（2019A1515011826）和广东省普通高校重点领域专项（2020ZDZX1038）的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad320

转自：“iPlants”微信公众号

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