Nature Plants同期发表两项中国科学家的最新成果

　　生物通报道：来自中国农业科学院作物科学研究所万建民院士领衔的水稻功能基因组学创新研究组揭示了控制水稻粒宽与粒重关键基因GW5通过调节油菜素内酯（brassionsteroids， BR)信号途径调控水稻籽粒发育的新机制，初步阐述了其功能作用模式与遗传调控网络，为水稻高产育种提供了重要的理论依据。

这一研究成果公布在Nature Plants杂志上，同期也刊登了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室的最新成果：报道了RNA编辑关键因子MORF蛋白可以和PLS-type PPR蛋白相互作用形成复报道了RNA编辑关键因子MORF蛋白可以和PLS-type PPR蛋白相互作用形成复合物，并促进PLS-type PPR蛋白对靶标RNA的结合能力。同时报道了PLS-type PPR蛋白、MORF9蛋白及其复合物的晶体结构。

水稻粒型是决定籽粒重量进而影响水稻产量和品质的重要性状。GW5/qSW5为较早报道的控制水稻粒宽、粒重且效应较强的数量性状基因座（QTL）。GW5/qSW5在水稻资源中普遍存在，受环境影响较小且对粒型性状贡献率较高，对培育优质高产水稻品种具有重要的应用价值。早在2008年，万建民研究组与日本Yano研究团队分别将GW5/qSW5位点成功定位在同一重叠区间内，发现存在于宽粒品种中的1,212-bp缺失与粒宽性状关联，并验证该缺失在水稻人工驯化和育种改良过程中被高强度地选择以增加水稻产量。然而，两研究团队预测的GW5/qSW5候选基因却不相同，且均未报道对所预测基因的功能验证结果。因此，对于GW5/qSW5位点的功能基因需要进一步明确。

万建民研究组科研人员经过深入研究，明确了位于该1,212-bp缺失区域上游一个编码钙调蛋白的基因，能够显著影响水稻粒宽，是GW5/qSW5位点的候选基因，仍命名为GW5，其主要在水稻籽粒发育时期的颖壳中表达。存在于宽粒品种的1,212-bp缺失通过调控GW5的表达量进而调控籽粒大小。进一步研究发现，GW5蛋白定位在细胞质膜上，并可与油菜素内酯信号途径中的一个关键激酶GSK2直接互作，抑制GSK2磷酸化下游两个转录因子BZR1和DLT活性，使得非磷酸化状态的BZR1与DLT积累并进入细胞核中，调控BR下游响应基因表达，进而调控水稻粒型等生长发育过程。研究人员还发现，通过CRISPR技术将GW5基因敲除，可以增加其它不含1,212-bp缺失的水稻品种籽粒的粒宽和粒重，达到增产的效果。上述研究结果揭示了水稻中BR信号途径和籽粒发育调控的一种新机制，并为其它禾谷类作物的增产提供了新的思路。

另外一篇文章中，研究人员首先试图通过结构生物学手段解析PLS-type PPR蛋白以及MORF蛋白的结构。由于大多数天然的PPR蛋白性质不好，很难拿到天然的PLS-type PPR蛋白进行结晶实验。研究人员通过将拟南芥中所有的PLS-type PPR蛋白进行序列保守性分析，巧妙的设计了一个含有9个重复序列包含3个PLS三联体重复的PLS-type PPR蛋白，命名为(PLS)3PPR。该蛋白可以进行异源可溶性表达，性质稳定。最终获得了PLS-type PPR蛋白的晶体结构，揭示了P，L，S这三类重复单元结构的差异性。

研究组同时对MORF家族蛋白成员进行结晶筛选，解析了MORF9蛋白的结构，发现其是一类新型的蛋白结构。研究人员通过生化实验证实(PLS)3PPR通过PLS三联体和MORF9相互作用，并解析了(PLS)3PPR - MORF9复合物晶体结构。结构显示L-type重复单元在介导蛋白相互作用过程中发挥关键的作用。有意思的是(PLS)3PPR - MORF9复合物比(PLS)3PPR单体有更强的RNA结合能力。结构比对发现，MORF9的结合驱使(PLS)3PPR 的L-type重复单元发生构型转变，使其更为紧凑，从而使得其第2位和35位的氨基酸距离更近，更有利于其对RNA碱基的结合。

由此这一研究组提出了MORF蛋白在RNA编辑中发挥功能的分子机制：在没有MORF蛋白存在的情况下，PLS-type PPR蛋白有较弱的靶标RNA结合能力；而当MORF蛋白存在时，可以引起PLS-type PPR蛋白构型发生改变，从而增强其对靶标RNA的结合能力。

原文标题：

MORF9 increases the RNA-binding activity of PLS-type pentatricopeptide repeat protein in plastid RNA editing

GW5 acts in the brassinosteroid signalling pathway to regulate grain width and weight in rice