水稻是我國三大主糧之一，其谷粒大小和形狀（粒型）決定稻米的產量和外觀品質。近十年來，水稻粒型調控機理研究取得了較大的進展，許多重要粒型基因被克隆和研究。但目前已知的多數粒型基因難以歸類到已知調控途徑，報道的信號通路信息也呈現片斷化的特點，極大限制了對粒型調控分子機理的認識，制約了其在作物高產優質分子育種中的應用。
近日，中國科學院植物研究所宋獻軍研究組與中國水稻研究所莊杰云研究組合作，借助現代高通量SLAF測序技術，在水稻中鑒定到超過40個粒型和產量QTL位點。在此基礎上，研究人員定位并克隆了一個控制谷粒長度和產量的基因TGW3，該基因編碼一個類似于GSK3/SHAGGY的激酶TGW3。研究發現，TGW3是谷粒大小的負向調節因子，能夠通過增加穎殼細胞大小、減少細胞數目，從而使穎殼變長，谷粒變大、變重；TGW3的大粒等位基因的第三內含子核苷酸堿基發生轉變，改變其mRNA的剪切方式，導致其第三和第四外顯子的丟失，其編碼蛋白喪失形成二聚體的功能。通過水稻種質資源序列測定分析，研究人員找到了其他兩個具有長粒表型的遺傳材料，其編碼序列與本次發現的大粒親本相同，顯示了該基因位點的稀缺性。進一步研究表明，TGW3位點在水稻馴化過程中，并沒有受到人工的選擇，將其大粒等位基因TGW3JZ導入主栽品種“黃華占”中可以提高產量10%以上，顯示了該位點在水稻高產育種中具有較好的利用潛力。
該研究深入揭示了水稻超大粒的遺傳構成，并找到一個新的谷粒大小調控開關，為深入研究作物粒型調控的分子機制和遺傳調控網絡提供了新的切入點，對高產、優質作物的分子育種具有重要意義。
相關研究成果發表在Molecular Plant上。中國水稻研究所副研究員應杰政、植物所宋獻軍組博士研究生馬銘和碩士研究生白琛為論文共同第一作者，研究員宋獻軍為通訊作者。該研究得到了中科院“分子模塊設計育種創新體系先導科技專項”和國家自然科學基金項目資助。
水稻超大粒材料JZ1560和小粒品種“黃華占”（HHZ）的谷粒表型
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