LONG8及其互作蛋白LGIP1调控水稻籽粒大小的分子机理研究

The grain size of rice is one of the most important factors affecting rice yield. Identification of the key factors for grain size control can provide theoretical basis and genetic resources for molecular breeding. In previous study, we identified a novel grain size regulator LONG8. LONG8 encodes a protein with a calmodulin-binding domain. The long8 mutant shows increased grain size, whereas overexpression of LONG8 results in small grains, indicating that LONG8 negatively regulates grain size. We further isolated a LONG8-interacting protein (LGIP1). LGIP1 contains a protein kinase domain. Overexpression of LGIP1 increases grain size in rice. These preliminary results suggest that LONG8 and LGIP1 may function together to control grain size. In this project, we will further study the molecular mechanisms of LONG8 and LGIP1 in grain size control by combining cellular, genetic and biochemistry analyses. We will also assess the effects of these two genes on rice yield. These studies will shed light on the molecular and genetic network of grain size control, and provide new gene resources for high yield breeding.

水稻的籽粒大小是影响水稻产量的重要因素之一。分离鉴定水稻籽粒大小调控的关键因子，可以为分子育种提供重要的理论依据和基因资源。我们在前期研究中分离到一个新的籽粒大小调控基因LONG8。LONG8蛋白含有一个钙调蛋白结合结构域。long8突变体籽粒变大，而过量表达LONG8形成小籽粒。通过酵母双杂交鉴定到一个LONG8的互作蛋白LGIP1，LGIP1含有蛋白激酶结构域，过量表达LGIP1使籽粒增大。这些初步结果表明，LONG8及其互作蛋白LGIP1可能共同参与籽粒大小的调控。本项目拟通过系统分析LONG8与LGIP1调控水稻籽粒大小的细胞学机制、LONG8与LGIP1的生化功能、相互作用机制及遗传调控关系，进一步解析LONG8与LGIP1调控籽粒大小的分子机理，并评估这两个基因对于提高水稻产量的应用价值。这些研究将有助于我们进一步理解水稻籽粒大小的调控网络，并为高产育种提供新的基因资源。

水稻的籽粒大小是影响水稻产量的重要因素之一。分离鉴定水稻籽粒大小调控的关键因子，可以为分子育种提供重要的理论依据和基因资源。为了进一步解析水稻籽粒大小调控网络，本研究以水稻籽粒大小突变体为材料，通过遗传学、细胞学、分子生物学的研究，鉴定了新的籽粒大小调控因子LONG8。LONG8编码RNA结合蛋白OML4（MEI2-LIKE4）。OML4功能缺失突变体粒长和粒重增加，而过表达OML4形成小籽粒，表明OML4负调控籽粒大小。通过酵母双杂交鉴定到一个OML4的互作蛋白LGIP1，LGIP1即在油菜素内酯信号传导过程中的起关键调控作用的GSK2，是一个蛋白激酶。进一步研究表明GSK2可以与OML4在体内和体外发生相互作用，并且GSK2能够磷酸化OML4来调控OML4的蛋白稳定性。遗传分析表明，GSK2与OML4作用于同一遗传途径调控水稻籽粒大小。本项目的研究揭示了GSK2-OML4途径调控水稻籽粒大小的新机制，为改良作物籽粒大小和提高作物产量提供了新的基因资源。项目研究成果在The Plant Cell、Annual Review of Plant Biology、Journal of Integrative Plant Biology等期刊发表；申请国内外基因专利权2项；培养了多名水稻籽粒大小研究领域的博士研究生和青年研究人员。