東北地理所在水稻葉角和粒型調控機制方面取得新進展
全球50%以上人口以水稻為主食，2050年糧食需求預計增長60%，提高水稻產量對確保全球糧食安全至關重要。在眾多農藝性狀中，粒型和葉角是影響水稻產量的兩個關鍵因素。直立葉可使群體光能利用率提升20%，且葉角減小10°可降低倒伏率30%，是理想株型育種的核心指標之一。粒型性狀直接影響籽粒重量和品質，是構成單株產量的基礎要素。然而，目前水稻粒型和葉角的分子調控網絡仍然還不夠系統，特別是關鍵調控基因的挖掘及其功能解析尚不完善。因此，深入開展水稻粒型和葉角調控基因的鑒定及其分子機制研究，對突破當前水稻產量瓶頸具有重要的理論和實踐意義。
近日，東北地理所卜慶云研究團隊在水稻粒型和葉角調控機制研究方向取得新進展。研究團隊發現，胞質受體類似蛋白激酶OsBSKs家族成員參與調控水稻的粒型和葉角，且OsBSK2和OsBSK3發揮更關鍵作用。osbsk2和osbsk3突變體籽粒變小、葉角直立，而OsBSK3過表達轉基因株系則呈現出籽粒和葉角顯著增大的表型。進一步研究發現，OsBSK2/OsBSK3能夠與MAPK級聯通路核心組分OsMKKK10結合，進而間接激活MAPK下游組分OsMAPK6的激酶活性。遺傳學實驗表明，MAPK級聯組分突變（osmapkkk10、osmkk4和osmapk6）可抑制OsBSK3過表達后造成的葉角和籽粒增大的表型，且OsWRKY53過表達可完全互補osbsk3突變體籽粒和葉角變小的表型。這說明OsBSKs-OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53可能作用于同一信號通路，參與調控水稻的葉角和粒型（圖1）。本研究深入解析了OsBSKs基因通過MAPK信號途徑協同調控籽粒大小和葉角的分子機制，完善了水稻粒型和葉角分子調控網絡，為水稻株型育種提供重要理論依據。
研究成果于近期在中國科學院一區Top期刊《Theoretical and Applied Genetics》上發表，東北地理所博士研究生金欣、黑龍江大學碩士研究生付琳麗和東北地理所碩士研究生陳春曉為論文共同第一作者，東北地理所卜慶云研究員、田曉杰副研究員以及黑龍江大學劉長華副教授為論文共同通訊作者。研究得到國家重點研發計劃項目（2024YFD1201001）、中國科學院青年創新促進會項目（2021229）和中國科學院東北地理與農業生態研究所青年科學家小組項目（2023QNXZ02）聯合資助。
圖1. OsBSKs-OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53調控水稻粒型和葉角的模式圖
論文信息：
Xin Jin#, Linli Fu#, Chunxiao Chen#, Jiali Liu, Yingxiang Liu, Wei Zhang, Xiufeng Li, Changhua Liu*, Qingyun Bu*, Xiaojie Tian*. OsBSK3 and OsBSK2 regulate grain size and leaf angle via MAPK signaling pathway in rice. Theoretical and Applied Genetics, 2025, 138:104.
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https://doi.org/10.1007/s00122-025-04889-w
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