水稻是重要的粮食作物，全球超过半数以上的人口以其为主食，提高水稻单产对全球粮食安全具有重要的意义。水稻单株产量由粒重、穗粒数和有效穗三因素决定，其中，粒重不仅是产量性状，也是重要的品质性状。籽粒长、宽、厚构成了籽粒外型，进而决定了粒重大小。由于生活习惯不同，全球各地居民对大米外观和粒重的消费需求也不同。如我国华南地区喜食的丝苗米，要求籽粒细长，千粒重20g以下。小籽粒通常限制了水稻单产的提高，协同改良水稻产量和品质性状成为水稻育种中亟待解决的课题之一。

近日，西南大学水稻研究所种质资源创新团队在Plant Journal上发表了题为《Transcription factor OsNF-YC1 regulates grain size by coordinating the transcriptional activation of OsMADS1 in Oryza sativa L.》的研究论文，解析了OsNF-YC1-OsMADS1-OsMADS55通路在水稻粒宽发育中的分子调控机理。OsNF-YC1敲除突变体籽粒变窄、千粒重降低，但穗粒数增多，从而保持单株产量不变，这为利用生物育种手段协同改良水稻产量和品质提供了基因资源和育种策略。

本研究中，该团队利用CRISPR-Cas9技术敲除了OsNF-YC基因家族，发现OsNF-YC1基因功能缺失后籽粒变窄，粒宽和粒厚减小，粒重降低，穗粒数增多，单株产量无明显变化。RNAi转基因株系也表现类似的籽粒表型。细胞学观察表明颖壳细胞变小和数量减少是导致osnf-yc1籽粒变窄的主要原因。酵母文库筛选获得了一个与OsNF-YC1相互作用的蛋白OsMADS1，该互作得到了双分子荧光素酶互补BIFC和Pull-down实验的进一步确定。进一步研究发现，OsNF-YC1特异调控OsMADS1的转录激活活性，从而协同调控下游靶基因OsMADS55等的表达。在osnf-yc1突变体中超表达OsMADS55基因，转基因植株的籽粒宽和籽粒厚得到部分回复。以上结果表明证实了OsNF-YC1-OsMADS1-OsMADS55通路在水稻籽粒发育中的功能和作用机理，为利用水稻生物育种提供了基因资源和育种策略。

图1 OsNF-YC1在水稻籽粒发育中的调控模式

2023届硕士研究生崔志波为第一作者，高级实验师王晓雯为共同第一作者，西南大学水稻生物学创新团队桑贤春教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(32171964)、重庆市现代农业产业技术体系创新团队(CQMAITS202301)、重庆市自然科学基金创新群体(cstc2021jcyjcxttX0004)和西南大学青年团队专项基金(SWU-XJPY202306)的资助。

原文链接：

http://dx.doi.org/10.1111/tpj.16868

第一作者简介：

崔志波，男，汉族，中共党员，西南大学农学与生物科技学院2023届硕士研究生，专业为生物化学与分子生物学。目前工作于国家级实验室重庆金凤实验室，热爱篮球、Live。硕士期间主要从事水稻产量相关的生物育种研究，聚焦于种质资源创新，先后申请国家发明专利两项，在The Plant Journal、Journal of Integrative Agriculture等期刊发表学术研究论文2篇。

1)Cui ZB#, Wang XW#, Feng XY, Li YY, Dai YD, Ban YJ, Tian WJ, Zhang XB, Zhang XF, Jia LQ, He GH, Sang XC*. Transcription factor OsNF-YC1 regulates seed growth by coordinating the transcriptional activation of OsMADS1 in Oryza sativa L. The Plant Journal, 2024, 119, 1465-1480.

2)Jia LQ, Dai YD, Peng ZW, Cui ZB, Zhang XF, Li YY, Tian WJ, He GH, Li Y, Sang XC*. The auxin transporter OsAUX1 regulates tillering in rice (Oryza sativa). Journal of Integrative Agriculture, 2024, 23(5): 1454–1467.

3)桑贤春，崔志波，王晓雯，何光华．转录因子OsNF-YC1在调控水稻籽粒大小中的应用及方法. 申请号：202310050836.1；申请日：2023.02.02，授权公告日：2024年01月26日；授权公告号：CN 116199757 B，专利号：ZL 2023 1 0050836.1。

4)桑贤春，李杨羊，王晓雯，何光华，崔志波，胡丹羚. 水稻籽粒大小和灌浆的调控基因GFD2及其应用. 申请号：202210396833.9；申请日：2022.04.15. 授权公告日：2023年06月02日. 专利号：ZL 2022 1 0396833.9. 授权公告号：CN 114751967 B.