何玉池团队在水稻籽粒大小调控机制研究中取得重要进展

近日，湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室何玉池团队在植物学经典权威期刊The Plant Journal上发表题为“OsCBL5-CIPK1-PP23 module enhances rice grain size and weight through the gibberellin pathway”的研究论文。该研究揭示了调节水稻籽粒大小的新机制，并指出CBL5-CIPK1-PP23作为一个模块组合调节水稻籽粒大小和粒重。湖北大学生命科学学院博士生张亚春为论文的第一作者，何玉池为论文的通讯作者，湖北大学为第一单位。参与该论文的单位还有湖北省农业科学院、武汉多倍体生物科技有限公司以及山东商业职业技术学院。生科院李燕、宋兆建、张献华、蔡得田参加了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

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   世界上有一半以上的人口以水稻为主要粮食作物，提高水稻产量可有效缓解粮食危机。对于农业领域的所有科学家来说，提高产量是一项长期而艰巨的任务，为了满足人类的需求，仍有必要采取新的策略来提高作物产量。谷粒的长度和宽度与产量密切相关，增加谷粒大小可以有效地提高产量。研究调节水稻籽粒大小的分子机制可以为提升作物产量提供适用的工具，因此被作物育种家和植物科学家广泛关注。虽然已有部分调节籽粒大小的基因被报道，但是水稻籽粒大小的调节机制异常复杂，调控网络仍然不清晰。在这项研究中，我们报道了OsCBL5编码一种类钙调磷酸酶B蛋白，该蛋白显著促进水稻籽粒大小和重量。oscbl5突变体植物产生的种子明显更小、更轻。在oscbl5突变体将CBL5回补后发现籽粒大小又恢复到跟野生型一样的尺寸。

图2 OsCBL5突变后使水稻籽粒变小

通过酵母双杂交实验、双荧光素酶互补以及Pull-Down证明了CBL5，CIPK1和PP23两两互作，并通过Crisper-Cas9分别构建单突，双突和三突植株，并通过表型分析和表达量分析等表明了CBL5和CIPK1以及PP23的遗传关系。通过研究揭示了CBL5，CIPK1和PP23参与了赤霉素途径调节水稻籽粒大小，其中CBL5和CIPK1不仅参与了赤霉素合成途径（促进内源活性赤霉素GA4含量）还参与了赤霉素信号转导途径，PP23仅参与了赤霉素信号转导途径。结果表明CBL5-CIPK1-PP23作为一个模块共同通过参与赤霉素途径影响水稻籽粒大小和重量。这一发现不仅丰富了水稻籽粒大小的调控网络，而且在提升水稻产量方面具有较好的应用前景。

图3 cbl5,cipk1,pp23突变体植株表型和籽粒大小

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16266