厦门大学在水稻籽粒大小和耐冷性调控研究方面取得重大进展（图）

2019年4月25日，国际著名学术期刊《Journal of Experimental Botany》在线发表了厦门大学生命科学学院水稻遗传育种组王侯聪教授团队题为“A Missense Mutation in LGS1 Increases Grain Size and Enhances Cold Tolerance in Rice ”的研究论文，在水稻籽粒大小和耐冷性调控研究方面取得重大进展。

水稻（Oryza sativa L.）是我国乃至全世界最重要的粮食作物之一，全球一半以上的人口以稻米为主要食物来源，据不完全统计，全世界有100多个国家种植水稻，栽种面积巨大，其中90%左右集中在亚洲的东亚、东南亚、南亚地区。中国水稻播种面积占全国粮食作物的1/4，而产量则占到一半以上，我国有高达60%的人口以水稻为主食，是世界上最大的稻米生产国和消费国。随着世界人口的增长、耕地面积的有限性、全球气候变化频繁，水稻生产面临着严峻挑战，提高水稻产量和改善稻米品质是水稻遗传育种研究的永恒主题。粒形由粒长、粒宽、粒厚及千粒重组成，是影响水稻产量和稻米品质的主要农艺性状之一，是衡量稻米外观品质的重要指标。

近日，厦门大学在水稻籽粒大小和耐冷性调控研究方面取得重大进展，研究介绍水稻籽粒形状由数量性状位点（QTLs）控制。生命科学学院水稻遗传育种组王侯聪教授团队自20世纪90年代以来一直致力于大粒优质水稻新品种的遗传育种研究，该研究以福建当地品种（麻85，Ma85）通过60Co-γ射线辐照水稻成熟花粉诱变技术创制水稻新种质，以其中长大粒水稻突变体（JF178，佳辐178）为研究材料，通过十多年的基础研究工作，团队利用近等基因系（NILs）和图位克隆法获得位于水稻2号染色体长臂端一个控制粒长、粒宽及千粒重的半显性数量性状基因座（semi-dominate Quantitative Trait Loci，QTLs），命名为LGS1（Large grain shape 1），并研究了其分子机制。LGS1编码植物生长调节因子OsGRF4，定位于细胞核中，与OsGIF（GRF-interacting factor）互作。突变体LGS1在WRC结构域上，miR396匹配序列上存在2-bp替换导致氨基酸由丝氨酸替换成赖氨酸（S163K），碱基突变（TC-AA）减弱了miR396对LGS1的靶向抑制作用。OsGRF4极显著表达于分生组织、幼穗和灌浆过程中，在功能上增加籽粒纵向颖壳细胞长度和数量，增加横向颖壳细胞宽度，促进胚乳细胞数量的增加，促进灌浆速率，形成大胚乳，最终增加粒长、粒宽及粒重。此外，研究发现水稻在苗期冷胁迫下，miR396表达水平显著上调，而LGS1的突变降低miR396靶向抑制能力，并增加了苗期冷胁迫的存活率。

该研究进一步表明，LGS1的突变可能扰乱了OsGRF4-miR396-胁迫响应应答网络，从而增加水稻粒长、粒宽及粒重，并增强水稻苗期耐冷性，为水稻育种工作提供了重要的研究理论基础。

厦门大学生命科学学院陈小龙博士为论文第一作者，美国爱达荷大学洪宗烈教授、厦门大学生命科学学院黄育民教授、黄荣裕博士为本文通讯作者。本研究得到了福建省种业创新与产业化工程项目（FJZZCXNY2017004），福建省科技计划（2017N2010290），中国水稻生物学重点实验室开放课题（170101）和USDA-Hatch project（IDA-01423）的资助。