水稻是全球最重要的粮食作物之一，世界上有将近一半人口以水稻为主食。水稻穗子的大小和穗粒数直接决定了水稻产量。近年来，一些影响水稻穗子大小和穗粒数的基因陆续被报道，但是，调控水稻穗子大小和穗粒数的分子机制仍不清楚。因此阐明协同调控水稻穗子大小和穗粒数的遗传和分子机制对水稻高产育种具有非常重要的意义。
中国科学院遗传与发育生物学研究所中国科学院大学现代农业科学学院李云海团队、姚善国团队和中国水稻所钱前团队等合作，发现了水稻穗子大小和穗粒数调控的重要机制。李云海团队已通过大规模遗传筛选，分离了一系列水稻大穗突变体large，去年报道了GSK2磷酸化LARGE1/OML4调控种子和穗子大小的新机制 （Lyu et al., 2020, Plant Cell）。近期多个研究团队合作对LARGE2基因调控水稻穗子大小和穗粒数的机理进行了解析。研究发现large2突变体表现为穗子增大，一次枝梗和二次枝梗数明显增多，因此导致每穗粒数明显增加；同时叶片宽度和粒宽相比野生型也增宽，株高略微降低、茎秆变粗。细胞学分析表明LARGE2通过影响分生组织大小和活性，从而决定了穗子大小和穗粒数。LARGE2编码了一个具有HECT 结构域的E3泛素连接酶。进一步研究发现LARGE2与穗粒数调控关键因子APO1和APO2在体内直接相互作用，并调控了APO1和APO2的蛋白稳定性。遗传分析表明LAEGE2和APO1/APO2作用在同一条遗传途径调控水稻穗子大小和穗粒数。该研究揭示了LARGE2-APO1/APO2途径调控水稻穗大小和穗粒数的新机制，对水稻高产育种提供了理论基础和基因资源。
该研究成果于2021年2月2日在线发表于The Plant Cell杂志（DOI:10.1093/plcell/koab041）。李云海研究组黄洛将、徐冉和姚善国研究组华凯为该论文的共同第一作者，李云海研究员、姚善国研究员和钱前院士为共同通讯作者。曾大力研究员、王得凯教授、罗越华教授等参与了相关工作。该研究得到了转基因专项、国家自然基金和中科院先导专项等资助。
图：LARGE2-APO1/APO2途径调控水稻穗子大小和粒数的工作模型
