华南农业大学农学院教授刘耀光、副研究员谢先荣团队研究揭示了OsPLATZ1-OsGRF4-DEP1模块调控水稻粒长的分子机制，并利用基因编辑技术对OsPLATZ1启动子进行人为改造，探索了利用该基因改善水稻稻米外观品质和产量的应用前景。近日，相关成果发表于《植物学报（英文版）》（Journal of Integrative Plant Biology）。

OsPLATZ1-OsGRF4-DEP1模块调控水稻粒长的工作模型。研究团队供图，下同

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水稻籽粒的粒重是影响产量的重要因素之一，其主要决定于籽粒的粒型，包括粒长、粒宽和粒厚，并且对稻米的外观品质有着直接的影响。目前研究已鉴定出多个控制粒型的关键基因，例如OsGRF4/GS3、DEP1、GW8、OsMKKK10等，它们参与了转录因子调控、G蛋白途径、丝裂原活化蛋白激酶、泛素-蛋白酶体、激素等多个通路，但这些因子之间如何协同整合共同调控粒型仍有待进一步深入解析。

PLATZ是一类植物特有的转录因子，通过其锌指结构域结合DNA基序调控基因表达。在前期研究中，OsPLATZ1被报道是一个控制每穗粒数和粒长的基因（命名为GL6/SG6），其功能缺失导致每穗粒数增加、但粒长显著变短，然而其在粒型调控网络中的功能有待进一步研究。该研究中，研究团队在国家自然科学基金等项目的资助下，证实了OsPLATZ1是一个具有弱转录激活功能的转录因子，可以通过结合“TGCGCA”基序。

电泳迁移率实验﹑ChIP-qPCR和dual-LUC等实验表明，OsPLATZ1可靶向激活G蛋白γ亚基编码基因DEP1的表达，从而调控水稻粒长。以OsPLATZ1为诱饵筛选到其互作蛋白OsGRF4，双分子萤光互补和蛋白pull-down实验进一步确认了两者的物理互作关系。随后，电泳迁移率实验和dual-LUC等实验表明，OsGRF4可强化OsPLATZ1对其下游靶基因DEP1启动子的结合，并促进其转录活性。

编辑OsPLATZ1启动子改良水稻粒型和产量。

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由于OsPLATZ1在控制每穗粒数和粒长中的功能相反，存在“此增彼减”的问题，研究团队进一步提出了通过微调OsPLATZ1的表达来平衡其调控每穗粒数和粒型的功能。利用多基因编辑技术对OsPLATZ1启动子进行编辑，以团队培育的水稻新品种华光丝苗为改良对象，获得了具有不同删除和插入事件的突变株系，其中株系CRR-3的籽粒长宽比显著增加，并且整体产量也所有提高，说明其在分子育种中具有一定的应用潜力。

该研究揭示了OsPLATZ1-OsGRF4-DEP1模块调控水稻粒长的分子机制，提出了一种利用基因编辑调控OsPLATZ1启动子区改良粒型和产量的途径，丰富了水稻粒型的分子调控网络，为高产优质水稻育种提供了分子育种靶点。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/jipb.70009