中国农业大学副教授以通讯作者身份在Science子刊上发表研究论文

近日，中国农业大学李自超教授团队在Science Advances发表最新研究成果。中国农业大学已毕业博士徐鹏辉和巴基斯坦留学生Najeeb Ullah Khan为本论文的第一作者。中国农业大学农学院张战营副教授、张洪亮教授和李自超教授为论文的通讯作者。

一、COR1基因的精细定位与功能验证

为解析水稻粒长调控的遗传基础，团队前期以大粒品种SLG-1（SLG, 供体）与日本晴（Nip，受体）为亲本构建了分离群体，定位到多个粒型相关QTL，并通过图位克隆技术挖掘了OsLG3、OsLG3b和GWN1等粒型调控基因。本研究中，研究团队在1号染色体上定位到qGL1a和qGL1b两个紧密相连的粒长QTL，随后利用BC₅F₂高代回交分离群体，将qGL1a精细定位至8.2 kb区间内。该区间仅包含1个候选基因LOC_Os01g60920，其编码产物为F-box蛋白。首先，研究团队将SLG来源的LOC_Os01g60920基因导入日本晴背景的近等基因系株系，显著恢复籽粒长度与千粒重，证明该基因对粒型的调控作用，并命名为COR1；随后，团队利用CRISPR/Cas9技术敲除日本晴中的COR1基因，结果表明其籽粒长度显著缩短；而在日本晴中过表达COR1SLG和COR1Nip均能显著提高籽粒长度与千粒重，并且过表达COR1SLG植株的表型更加显著；电镜观察和流式细胞仪分析表明COR1通过促进颖壳外稃细胞的增殖，而非增大细胞体积，实现籽粒长度的扩展。

COR1图位克隆

二、OsbZIP35-COR1-OsTCP19调控模块的分子机制解析

1. OsTCP19是TCP转录因子家族成员，体外与体内实验均证明其可与COR1直接互作；COR1通过其F-box结构域介导OsTCP19的泛素化修饰，并通过26S蛋白酶体途径促进OsTCP19降解；进一步研究显示，OsTCP19可结合细胞周期基因OsCycB1;4的启动子并抑制其表达，而COR1通过降解OsTCP19解除该抑制，激活细胞增殖，最终促进籽粒增大；

2. OsbZIP35是课题组前期通过全基因组关联分析挖掘的水稻穗粒数正向调控因子，团队通过EMSA与ChIP-qPCR验证，OsbZIP35可直接结合COR1启动子区域的顺式作用元件；双荧光素酶报告实验显示，OsbZIP35可抑制COR1启动子的转录活性，提示OsbZIP35通过负调控COR1表达，平衡穗粒数与粒重的协同关系；

3. 构建cor1 ostcp19双突变体，表型分析显示：cor1 ostcp19双突变体的粒长与千粒重显著高于cor1单突变体，而与ostcp19单突变体没有显著差异，证明OsTCP19为COR1的下游靶蛋白；cor1 osbip35双突变体的粒长与千粒重显著低于osbip35单突变体，而与cor1单突变体没有显著差异，证明COR1为OsbZIP35的下游靶蛋白。

三、COR1优异单倍型与育种价值利用分析

研究人员对244份野生稻与676份栽培稻的COR1基因序列进行单倍型分析，共鉴定出5种主要单倍型（Hap1~Hap5），其中Hap1为籼稻（indica）优势单倍型，Hap3为粳稻（japonica）优势单倍型，Hap5为野生稻单倍型。在温带粳稻（tej）亚群中，改良品种（现代育成品种）的Hap3单倍型频率显著高于地方品种，证明COR1ᴴᵃᵖ³是温带粳稻育种中的优异等位基因，具有重要应用价值。

研究人员构建日本晴背景的NIL-COR1SLG（携带COR1ᴴᵃᵖ³）与NIL-COR1ᴺⁱᵖ（携带COR1ᴴᵃᵖ⁴），田间小区测产显示，NIL-COR1SLG的小区产量提升6.6%，且稻米垩白度等品质指标无显著差异，实现“增产不劣质”。

COR1作用机制示意图