7月28日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院李自超教授課題組就水稻產(chǎn)量相關(guān)基因Gnp4/LAX2調(diào)控水稻籽粒大小方面取得新的進(jìn)展，在Journal of Experimental Botany在線發(fā)表了題為“Gnp4/LAX2, a RAWUL protein, interferes with the OsIAA3–OsARF25 interaction to regulate grain length via the auxin signaling pathway in rice”的研究論文，揭示了生長(zhǎng)素信號(hào)通路調(diào)節(jié)水稻谷粒長(zhǎng)度的分子機(jī)制。
穗粒數(shù)、粒重和有效穗數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的三大因素, 其中粒重是受環(huán)境因素影響最小卻受到多種基因影響的復(fù)雜數(shù)量性狀。因此關(guān)于水稻穗部性狀相關(guān)基因的研究對(duì)于改善水稻產(chǎn)量具有十分重要的意義。到目前為止，已克隆許多水稻粒重相關(guān)基因，參與G蛋白信號(hào)通路、蛋白酶體降解途徑、轉(zhuǎn)錄調(diào)控相關(guān)途徑以及植物激素生物合成或信號(hào)傳導(dǎo)等不同途徑。
生長(zhǎng)素以通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)在調(diào)節(jié)谷粒長(zhǎng)度中發(fā)揮重要作用，但是到目前為止，其潛在的分子作用機(jī)制和遺傳互作網(wǎng)絡(luò)仍有待研究。
在課題組前期研究工作中發(fā)現(xiàn)一個(gè)自然表觀突變體gnp4，該突變體表現(xiàn)出二次枝梗發(fā)育缺陷、穗粒數(shù)減少、籽粒長(zhǎng)度增大、葉片卷曲等多個(gè)性狀變異。通過(guò)圖位克隆將該基因定位到水稻四號(hào)染色體10.7 kb區(qū)間，該區(qū)間只有一個(gè)候選基因，命名為Gnp4。遺傳互作分析表明Gnp4和LAX1通過(guò)不同途徑共同調(diào)控水稻穗部枝梗和分蘗的形成（Zhang et al.，2011）。進(jìn)一步研究表明Gnp4在不同種質(zhì)資源中的表達(dá)量和水稻籽粒長(zhǎng)度呈明顯正相關(guān)關(guān)系。 高量表達(dá)Gnp4也能顯著增加籽粒長(zhǎng)度和千粒重。Gnp4編碼一個(gè)含有RAWUL 結(jié)構(gòu)域的核蛋白，進(jìn)化樹(shù)分析表明RAWUL蛋白在雙子葉和單子葉植物中均存在，但目前只有在擬南芥中有相關(guān)報(bào)道（DRIP1和DRIP2），參與植物逆境脅迫。Gnp4和生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的OsIAA3和OsIAA17相互作用,干擾了AUX/IAA轉(zhuǎn)錄抑制子對(duì)ARF轉(zhuǎn)錄因子的作用。轉(zhuǎn)錄組分析表明編碼AP2結(jié)構(gòu)域蛋白的基因在Gnp4過(guò)表達(dá)植株中最能顯著富集，其中通過(guò)酵母單雜和CHIP發(fā)現(xiàn)OsERF142/SMOS1作用于OsARF25下游，并且受Gnp4共同作用，通過(guò)影響細(xì)胞伸長(zhǎng)調(diào)控籽粒長(zhǎng)度。總之，Gnp4/LAX2可能是一個(gè)多效性基因，與LAX1、AUX/IAAs或者其他未知因子相互作用，通過(guò)不同途徑調(diào)控水稻穗部枝梗、籽粒大小和葉片形態(tài)等性狀。
中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻研究中心張戰(zhàn)營(yíng)副教授、李金杰副教授和中科院遺傳發(fā)育所唐柞舜博士為論文共同第一作者，李自超教授為通訊作者。中科院遺傳所楊維才研究員、浙江大學(xué)齊艷華教授和中國(guó)農(nóng)科院黃榮峰研究員也參與了研究工作。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的資助。