近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬建民院士領(lǐng)銜的水稻功能基因組學(xué)研究組研發(fā)水稻高產(chǎn)育種創(chuàng)新機(jī)制，在水稻粒寬與粒重調(diào)控機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展。研究人員經(jīng)過多年努力，揭示了控制水稻粒寬與粒重關(guān)鍵基因GW5通過調(diào)節(jié)油菜素內(nèi)酯（brassionsteroids， BR）信號(hào)途徑調(diào)控水稻籽粒發(fā)育的新機(jī)制，初步闡述了其功能作用模式與遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為水稻高產(chǎn)育種提供了重要的理論依據(jù)。

水稻粒型是決定籽粒重量進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要性狀。GW5/qSW5為較早報(bào)道的控制水稻粒寬、粒重且效應(yīng)較強(qiáng)的數(shù)量性狀基因座（QTL）。GW5/qSW5在水稻資源中普遍存在，受環(huán)境影響較小且對(duì)粒型性狀貢獻(xiàn)率較高，對(duì)培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種具有重要的應(yīng)用價(jià)值。早在2008年，萬建民研究組與日本Yano研究團(tuán)隊(duì)分別將GW5/qSW5位點(diǎn)成功定位在同一重疊區(qū)間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)存在于寬粒品種中的1,212-bp缺失與粒寬性狀關(guān)聯(lián)，并驗(yàn)證該缺失在水稻人工馴化和育種改良過程中被高強(qiáng)度地選擇以增加水稻產(chǎn)量。然而，兩研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)的GW5/qSW5候選基因卻不相同，且均未報(bào)道對(duì)所預(yù)測(cè)基因的功能驗(yàn)證結(jié)果。因此，對(duì)于GW5/qSW5位點(diǎn)的功能基因需要進(jìn)一步明確。

萬建民研究組科研人員經(jīng)過深入研究，明確了位于該1,212-bp缺失區(qū)域上游一個(gè)編碼鈣調(diào)蛋白的基因，能夠顯著影響水稻粒寬，是GW5/qSW5位點(diǎn)的候選基因，仍命名為GW5，其主要在水稻籽粒發(fā)育時(shí)期的穎殼中表達(dá)。存在于寬粒品種的1,212-bp缺失通過調(diào)控GW5的表達(dá)量進(jìn)而調(diào)控籽粒大小。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，GW5蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)膜上，并可與油菜素內(nèi)酯信號(hào)途徑中的一個(gè)關(guān)鍵激酶GSK2直接互作，抑制GSK2磷酸化下游兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子BZR1和DLT活性，使得非磷酸化狀態(tài)的BZR1與DLT積累并進(jìn)入細(xì)胞核中，調(diào)控BR下游響應(yīng)基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控水稻粒型等生長(zhǎng)發(fā)育過程。研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過CRISPR技術(shù)將GW5基因敲除，可以增加其它不含1,212-bp缺失的水稻品種籽粒的粒寬和粒重，達(dá)到增產(chǎn)的效果。上述研究結(jié)果揭示了水稻中BR信號(hào)途徑和籽粒發(fā)育調(diào)控的一種新機(jī)制，并為其它禾谷類作物的增產(chǎn)提供了新的思路。