水稻是全球最重要的糧食作物之一。水稻產量主要由有效分蘗數、穗粒數及粒重決定。水稻種子大小是影響粒重、產量和外觀品質的關鍵農藝性狀。因此，挖掘水稻籽粒大小和粒重的關鍵調控基因并解析其分子機制，可為水稻高產優(yōu)質分子設計育種提供基因資源和理論基礎。
近期，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員李云海團隊建立了以GS2-SUG1為中心的調控水稻種子大小和產量的分子遺傳網絡。此前，該團隊報道了轉錄因子GS2/OsGRF4正調控水稻籽粒大小和產量，且GS2的表達受OsmiR396調控，但GS2調控種子大小的具體機制尚不明晰。為進一步研究GS2調控種子大小和粒重的分子機制，該團隊對GS2AA大粒材料進行誘變，篩選得到抑制子SUG1（suppressor 1 of GS2AA）突變體并克隆得到SUG1基因。
研究發(fā)現(xiàn)，GS2可結合SUG1的啟動子并激活其表達，且SUG1可與OsBZR1、OsMADS56及OsSPL13等多個轉錄因子互作，通過GA、BR和生長信號途徑調控種子大小，并作為轉錄調控因子發(fā)揮功能。同時，研究發(fā)現(xiàn)，SUG1的自然變異影響籽粒大小。實驗表明，將秈稻品種中的SUG1Hap2等位變異遺傳轉化到具有SUG1Hap3等位基因的粳稻品種中，可提高水稻籽粒大小和產量。
這一研究建立了以GS2-SUG1為中心的種子大小調控網絡，整合了調控種子大小的多種生長信號途徑，為作物改良育種提供了潛在靶標。
相關研究成果以A molecular framework for the GS2-SUG1 module-mediated control of grain size and weight in rice為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到科學技術部等的支持。
