陕西
近日，山西农业大学王拴锁研究员、孔照胜研究员和中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东院士团队在Molecular Plant在线发表了题为Dual repression of OsSnRK1β1A by the deubiquitinase OsOTUB1orchestrates energy metabolism and grain yield in rice的研究论文。该研究成功鉴定出水稻能量感应模块OsOTUB1-OsSnRK1β1A，揭示了去泛素化酶OsOTUB1对OsSnRK1β1A的双重调控机制，阐明了该模块协同调控水稻能量代谢与产量的核心机理。在此基础上，研究团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术适度上调OsSnRK1β1A表达，可显著增加水稻穗粒数，实现产量提升。该基因为水稻高产分子设计育种提供了重要靶点。
水稻是保障全球粮食安全的核心主粮作物，其单穗粒数是决定产量的关键性状。水稻穗部发育高度依赖碳水化合物的有效供给，能量代谢的分配效率直接影响穗分枝与籽粒灌浆过程。因此，解析能量代谢与生殖生长资源分配的协同调控机制，是突破水稻产量瓶颈的重要科学问题。前期的研究已证实去泛素化酶OsOTUB1是水稻理想株型的关键调控因子，其功能缺失突变体可显著增加单穗粒数。然而，OsOTUB1调控水稻产量的下游分子通路及具体调控机制尚不清楚。
为解析OsOTUB1调控水稻产量的下游分子通路，研究团队通过EMS诱变筛选获得OsOTUB1突变体的抑制突变株系npt-s1，利用图位克隆技术成功锁定核心功能基因OsSnRK1β1A，该基因为水稻SnRK1能量感应复合体的β调控亚基。生物学功能验证表明，OsSnRK1β1A正向调控单穗粒数，其过表达可带来约8%的单株产量提升。与之相反，催化亚基OsSnRK1α1和OsSnRK1α2负调控单穗粒数，二者敲除可增加穗粒数，但双敲除致死，表明其功能冗余且对植株存活至关重要。
机制上，OsSnRK1β1A通过N端豆蔻酰化修饰将OsSnRK1α1限制在细胞质中，阻断其入核激活分解代谢基因。上游OsOTUB1则通过双重机制抑制OsSnRK1β1A：一方面竞争性结合阻断其与α亚基互作；另一方面通过K63链去泛素化促使其经26S蛋白酶体降解。该模块受能量状态动态调控，黑暗条件下OsOTUB1表达上调，加速OsSnRK1β1A降解；蔗糖抑制OsOTUB1表达，稳定OsSnRK1β1A蛋白水平。转录组分析鉴定了下游关键靶点（OsNiR1、OsKCS12、OsAGPL1、OsTPP6），证实该模块通过重塑碳氮脂质代谢网络，将资源优先配置于穗部发育。
此外，研究团队鉴定到优异自然单倍型Hap2，其穗粒数显著优于Hap1，近等基因系验证证实其优势源于氨基酸变异。在此基础上，利用CRISPR/Cas9编辑启动子中的CAREOSREP1和CCAAT-box元件，实现了OsSnRK1β1A的适度上调。田间试验验证表明，改良后的水稻种质穗部分枝数以及单穗粒数均显著增加，产量明显提升。
该研究从能量代谢与产量协同调控的全新视角，系统阐释了OsOTUB1–OsSnRK1β1A模块调控水稻穗部发育的分子机制，为理解作物能量感应与产量形成之间的耦合关系提供了新见解。同时，该模块中关键靶点的鉴定及其启动子编辑增产策略的成功验证，为水稻高产分子设计育种提供了具有重要应用潜力的基因资源和技术路径。研究团队正进一步将该策略拓展至其他主粮和杂粮作物，探索能量感应网络在作物增产中的普适性调控规律。
山西农业大学 后稷实验室张露丹博士、期刊中心王鹏飞博士、已毕业硕士研究生李悦为共同第一作者。后稷实验室王拴锁研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东院士以及后稷实验室孔照胜研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、北京市自然科学基金面上项目、山西农业大学高层次引进人才科研启动经费等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.06.007
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
