谷粒大小不僅是決定水稻產(chǎn)量的要素之一,，還對谷粒的外觀品質(zhì)有著重要影響,。華中農(nóng)業(yè)大學張啟發(fā)院士課題組,，近日在谷粒大小和粒型的調(diào)控研究方面取得重大進展,?！睹绹茖W院院刊》發(fā)表了該組的研究論文,，證實了水稻中GS3基因控制水稻籽粒大小，發(fā)現(xiàn)了該基因中控制籽粒大小的關鍵區(qū)域,，命名為OSR,。
據(jù)文章第一作者生科院博士生茆海亮介紹，由于谷粒大小是水稻生產(chǎn)中的重要性狀,，張啟發(fā)課題組從1997年就開始了對控制水稻粒形基因GS3的研究,，直到2006年找到這個基因，歷時9年,。在此基礎之上,，該組近年來對該基因的功能做了深入的研究，證實了GS3是調(diào)控谷粒大小的主要基因，揭示了基因所編碼蛋白的結構與功能之間的關系,。
他們發(fā)現(xiàn)該基因編碼的蛋白存在相互對抗的前后兩個部分,，GS3蛋白內(nèi)首尾兩部分之間的“博弈”最終決定籽粒的大小。沒有GS3蛋白(或該蛋白無功能)的品種的稻谷為長粒型(長度約10毫米),，含有完整GS3蛋白的水稻品種粒型中等(約8毫米),，而只有OSR的水稻品種的谷粒為短粒(約6毫米)。
專家研究還發(fā)現(xiàn),，幾乎所有的優(yōu)良粳稻品種都帶有完整的GS3蛋白,，表現(xiàn)為中等粒型，優(yōu)良長粒型秈稻品種的GS3蛋白無功能,，通過對該基因的導入和替換,，能有效地改變水稻品種的粒型，表明GS3對水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要的決定作用,，是粒型的變異和演化的主要決定因子之一,。
茆海亮還提到,，他們在其他物種中，包括玉米,，大麥,，大豆等也發(fā)現(xiàn)了GS3同源的基因,，并且OSR在這些同源基因中都存在,，說明這些基因有可能也控制著相應物種種子大小,。因此該研究成果在品種改良中將有著重大應用前景,，首先該基因變異可作為分子標記直接應用于水稻籽粒大小的選育，提高水稻的產(chǎn)量,；其次,，根據(jù)水稻的研究信息，可以對其他物種的GS3同源基因進行克隆,，從而指導相應物種的品種改良,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦英文摘要：
PNAS doi: 10.1073/pnas.1014419107
Linking differential domain functions of the GS3 protein to natural variation of grain size in rice
Hailiang Maoa, Shengyuan Suna, Jialing Yaob, Chongrong Wanga, Sibin Yua, Caiguo Xua, Xianghua Lia, and Qifa Zhanga,1
aNational Key Laboratory of Crop Genetic Improvement and National Center of Plant Gene Research (Wuhan) and
bCollege of Life Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China
Grain yield in many cereal crops is largely determined by grain size. Here we report the genetic and molecular characterization of GS3, a major quantitative trait locus for grain size. It functions as a negative regulator of grain size and organ size. The wild-type isoform is composed of four putative domains: a plant-specific organ size regulation (OSR) domain in the N terminus, a transmembrane domain, a tumor necrosis factor receptor/nerve growth factor receptor (TNFR/NGFR) family cysteine-rich domain, and a von Willebrand factor type C (VWFC) in the C terminus. These domains function differentially in grain size regulation. The OSR domain is both necessary and sufficient for functioning as a negative regulator. The wild-type allele corresponds to medium grain. Loss of function of OSR results in long grain. The C-terminal TNFR/NGFR and VWFC domains show an inhibitory effect on the OSR function; loss-of-function mutations of these domains produced very short grain. This study linked the functional domains of the GS3 protein to natural variation of grain size in rice.
