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水稻产量关乎全球粮食安全，粒型是影响产量的关键因素。研究人员围绕水稻三螺旋转录因子基因 OsTGS1 开展研究，发现其负调控粒型与粒重，且参与油菜素内酯（BR）信号通路。该成果为水稻增产育种提供了新基因资源。
在全球人口不断增长的当下，粮食需求持续攀升，水稻作为世界半数以上人口的主食，其产量的提升至关重要。粒型是决定水稻产量的关键因素之一，它由粒长、粒宽和粒厚这三个参数共同决定。近年来，虽然许多调控水稻粒型的数量性状位点和基因被克隆与鉴定，但目前人们对于调控水稻粒型的分子网络仍未完全明晰。三螺旋转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要作用，不过其在控制谷类作物粒型方面的功能却鲜为人知。在此背景下，淮阴师范学院和苏州市农业科学院的研究人员展开了深入研究，试图揭示三螺旋转录因子在水稻粒型调控中的奥秘，该研究成果发表在《Rice》杂志上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在基因编辑方面，利用 CRISPR/Cas9 技术构建突变体库，从而筛选出目标突变体；通过组织学分析技术，借助扫描电子显微镜和切片观察，探究细胞层面的变化；采用酵母双杂交、双分子荧光互补（BiFC）和荧光素酶互补（split-LUC）等实验技术，研究蛋白质之间的相互作用；运用实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）技术，检测基因的表达水平。
研究结果如下：
- ostgs1 突变体呈现大粒表型：通过对 CRISPR/Cas9 突变体库的筛选，获得了 ostgs1 突变体，该突变体的粒长、粒宽、粒厚和千粒重均显著高于野生型。研究人员设计了两个不同的靶位点，得到的 ostgs1-1 和 ostgs1-2 突变体均表现出大粒特征，且单株产量有所增加，这表明 OsTGS1 突变能够增大水稻粒型。
- OsTGS1 影响粒型相关基因的表达：研究人员检测了 ostgs1 突变体中多个已知粒型相关基因的表达水平，发现 PGL2/OsBUL1 基因的 mRNA 水平显著上升，而 GS3、qGL3/GL3.1/qGL3-1、RGG2 和 SG1 等负调控粒型基因的 mRNA 水平下降，不过 GL6 基因的 mRNA 水平也降低了。这说明 OsTGS1 会影响粒型相关基因的表达。
- 过表达 OsTGS1 导致小粒：构建 pUbi::OsTGS1 过表达载体并转化到水稻中，对过表达植株进行表型分析，发现其粒型和粒重明显低于野生型植株，同时植株高度、每穗粒数减少，抽穗期延迟，分蘖数增加。
- OsTGS1 影响颖壳细胞的分裂和扩张：通过对颖壳细胞的观察分析，发现 ostgs1-1 突变体颖壳在抽穗前比野生型大，其颖壳外表皮细胞更大、数量更多；而过表达植株 OX1 的颖壳则比野生型小，外表皮细胞更小、数量更少。这表明 OsTGS1 通过影响细胞增殖和细胞扩张来调控水稻粒型。
- OsTGS1 的特征分析：研究发现 OsTGS1 在水稻不同组织中均有表达，在穗发育过程中表达量逐渐增加，在种子发育过程中持续上升。亚细胞定位显示 OsTGS1 定位于细胞核，且具有转录抑制活性。此外，系统进化分析表明 OsTGS1 与其他物种的部分三螺旋蛋白聚为一支。
- OsTGS1 与 GSK2 相互作用：通过酵母双杂交筛选出与 OsTGS1 相互作用的蛋白 GSK2，BiFC 和 split-LUC 实验进一步证实了二者在酵母和植物细胞中的相互作用。双荧光素酶报告基因（dual-LUC）实验表明，GSK2 与 OsTGS1 的相互作用增强了 OsTGS1 的转录抑制活性。
- OsTGS1 参与 BR 信号通路：由于 GSK2 是水稻 BR 信号通路的核心负调控因子，研究人员推测 OsTGS1 也参与其中。实验结果显示，BR 处理会降低 OsTGS1 的 mRNA 水平，ostgs1 突变体对 BR 更为敏感，且突变体中 BR 生物合成基因和 OsBRI1 的表达水平降低，这表明 OsTGS1 参与了 BR 信号通路。
研究结论和讨论部分指出，OsTGS1 是一个负调控水稻粒型和粒重的关键基因。它通过影响颖壳细胞的分裂和扩张来发挥作用，且与 GSK2 相互作用，可能参与 BR 信号通路。这一发现不仅丰富了人们对植物三螺旋基因功能的认识，更为水稻分子育种提高产量提供了重要的基因资源，有助于推动水稻增产相关研究的进一步发展，在未来的农业生产中具有潜在的应用价值。
