研究发现水稻籽粒大小和重量调控的重要途径

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水稻是世界上重要的粮食作物，籽粒大小和粒重是影响水稻产量的重要决定因素。目前已经克隆了一些控制水稻种子大小的重要基因，但水稻种子大小调控的分子机理仍不清楚，进一步阐明水稻籽粒大小的调控机理对于提高水稻产量具有重要的指导意义。 

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队、中国科学院大学柴团耀教授、海南大学徐冉教授合作发现ERAD相关的E2-E3蛋白复合物SMALL GRAIN 3 (SMG3)和DECREASED GRAIN SIZE 1 (DGS1)部分通过油菜素内酯（BR）途径调控水稻籽粒大小和粒重的新途径。水稻SMG3编码拟南芥泛素结合酶UBC32 (UBIQUITIN CONJUGATING ENZYME 32)的同源蛋白，并且与另一籽粒大小调控因子DGS1互作。SMG3或DGS1功能缺失均导致籽粒变小，而过表达则使籽粒变长。进一步分析发现，DGS1是具有活性的E3泛素连接酶，并与SMG3共定位于内质网。此外，DGS1通过泛素化BR受体BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1)并影响其在细胞中的积累量从而参与了BR信号转导通路。遗传分析结果表明，SMG3，DGS1和BRI1三者共同作用调控水稻籽粒大小和粒重。该研究为深入了解ERAD相关途径在水稻籽粒大小调控中的作用，及其与油菜素内酯信号途径的关系提供了分子基础，为高产育种提供了一定的理论依据。 

该研究成果以题为“An ERAD-related E2-E3 enzyme pair controls grain size and weight through the brassinosteroid signaling pathway in rice“的研究论文，于2022年12月15日在线发表于The Plant Cell（DOI:10.1093/plcell/koac364）。李云海研究组联合培养博士生李静和工程师张保兰为该论文的共同第一作者，李云海研究员、柴团耀教授、徐冉教授为共同通讯作者。该项研究得到了中科院先导专项，国家重点研发计划等项目的资助。