7月28日，中國農業(yè)大學農學院李自超教授課題組就水稻產量相關基因Gnp4/LAX2調控水稻籽粒大小方面取得新的進展，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，揭示了生長素信號通路調節(jié)水稻谷粒長度的分子機制。
穗粒數(shù)、粒重和有效穗數(shù)是影響水稻產量的三大因素, 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雜數(shù)量性狀。因此關于水稻穗部性狀相關基因的研究對于改善水稻產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基因，參與G蛋白信號通路、蛋白酶體降解途徑、轉錄調控相關途徑以及植物激素生物合成或信號傳導等不同途徑。
生長素以通過介導細胞生長在調節(jié)谷粒長度中發(fā)揮重要作用，但是到目前為止，其潛在的分子作用機制和遺傳互作網絡仍有待研究。
在課題組前期研究工作中發(fā)現(xiàn)一個自然表觀突變體gnp4，該突變體表現(xiàn)出二次枝梗發(fā)育缺陷、穗粒數(shù)減少、籽粒長度增大、葉片卷曲等多個性狀變異。通過圖位克隆將該基因定位到水稻四號染色體10.7 kb區(qū)間，該區(qū)間只有一個候選基因，命名為Gnp4。遺傳互作分析表明Gnp4和LAX1通過不同途徑共同調控水稻穗部枝梗和分蘗的形成（Zhang et al.，2011）。進一步研究表明Gnp4在不同種質資源中的表達量和水稻籽粒長度呈明顯正相關關系。 高量表達Gnp4也能顯著增加籽粒長度和千粒重。Gnp4編碼一個含有RAWUL 結構域的核蛋白，進化樹分析表明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報道（DRIP1和DRIP2），參與植物逆境脅迫。Gnp4和生長素信號轉導途徑的OsIAA3和OsIAA17相互作用,干擾了AUX/IAA轉錄抑制子對ARF轉錄因子的作用。轉錄組分析表明編碼AP2結構域蛋白的基因在Gnp4過表達植株中最能顯著富集，其中通過酵母單雜和CHIP發(fā)現(xiàn)OsERF142/SMOS1作用于OsARF25下游，并且受Gnp4共同作用，通過影響細胞伸長調控籽粒長度?？傊?，Gnp4/LAX2可能是一個多效性基因，與LAX1、AUX/IAAs或者其他未知因子相互作用，通過不同途徑調控水稻穗部枝梗、籽粒大小和葉片形態(tài)等性狀。
中國農業(yè)大學農學院水稻研究中心張戰(zhàn)營副教授、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、浙江大學齊艷華教授和中國農科院黃榮峰研究員也參與了研究工作。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國博士后科學基金的資助。