Advanced Science | 中国农科院作科所李学勇研究组揭示水稻粒型及产量调控机制

近日，中国农业科学院作物科学研究所作物功能基因组研究团队李学勇课题组在

Advanced Science上发表了题为A Novel OsMPK6-OsMADS47-PPKL1/3 Module Controls Grain Shape and Yield in Rice的研究论文。该研究发现了一个调控水稻粒型与产量的关键分子模块OsMPK6-OsMADS47-PPKL1/3，揭示了该模块通过磷酸化修饰动态平衡调控籽粒形态的分子机制。相关研究成果发表于国际期刊《先进科学》

水稻是全球半数人口的主粮，其粒型直接影响产量与外观品质。细长粒型虽受市场青睐，但常伴随穗粒数减少等产量限制。如何破解细长粒型与每穗粒数的负相关难题，是水稻育种的重要挑战。

研究团队对在幼穗中高表达的34个MADS-box基因进行超量表达，从中筛选鉴定到一个调控水稻粒型的关键基因OsMADS47，该基因过表达后的水稻粒型呈细长粒，敲除后水稻籽粒则呈短圆粒。适度表达该基因可同步提升粒长与单株产量，为高产优质协同改良提供了突破口。研究表明，OsMADS47转录因子位于OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联通路下游，并能被OsMPK6磷酸化。磷酸化修饰可稳定OsMADS47蛋白，增强其对粒长负调控基因GS3和粒宽正调节基因GW8的转录抑制能力。同时，具有Kelch结构域的蛋白磷酸酶PPKL1/3可去磷酸化OsMADS47，使其稳定性降低，解除其对靶基因的转录抑制。将OsMADS47的4个磷酸化位点突变可导致其功能丧失，证明该修饰是粒型调控的核心开关。这种“磷酸化-去磷酸化”动态调控籽粒横向和纵向的细胞分裂，最终决定籽粒形态。敲低OsMPK6或过表达PPKL1/3、GS3、GW8可部分回补OsMADS47过表达植株的细长粒表型，进一步验证了上述机制。

该研究建立并整合了水稻粒型调控通路，揭示了枢纽基因OsMADS47可作为水稻外观品质改良的重要育种靶点，为打破细长粒型与每穗粒数的传统负相关关系提供了新策略。通过精准调控该基因表达水平及编码蛋白的磷酸化状态，有望培育兼具细长粒型与高产潜力的突破性品种，对保障粮食安全、提升稻米商品价值具有重要意义。

OsMADS47调控水稻籽粒形状的作用模式图

作科所房静静副研究员和博士后淳雁副研究员为该论文的共同第一作者，李学勇研究员为该论文的通讯作者，作科所王文生研究员、中科院遗传发育所李云海研究员、山东省农科院水稻所袁守江研究员也参与了该项工作。该研究得到了国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程和山东省农业良种工程等项目资助。

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202501946