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中國科學院植物研究所宋獻軍課題組揭示不同的翻譯后修飾協作調控水稻種子大小的新機制https://mp.weixin.qq.com/s/ycNgYzACwkYZbo6k0Zqtcw

未來20年，我國將決戰全面建成社會主義現代化國家，人們生活水平不斷改善；這一國情決定我們未來農業的發展，既要高產穩產提高糧食安全，又要滿足不斷增長的優質糧需求。水稻是我國的主糧作物。籽粒大小決定稻米的產量和品質。

在先前的研究中，中國科學院植物研究所宋獻軍研究組克隆了一個編碼組蛋白乙酰化酶的基因GRAIN WEIGHT 6a?(GW6a)，正向調控水稻籽粒大小（粒長）和單株產量。目前對于GW6a依賴的籽粒大小調控的基因網絡還不清楚。

近日，該研究組在Nature Communications上發表了題為OsMAPK6 phosphorylation and CLG1 ubiquitylation of GW6a non-additively enhance rice grain size through stabilization of the substrate的研究論文，揭示了OsMAPK6和CLG1能夠分別對GW6a蛋白進行磷酸化和泛素化的修飾協作調控水稻種子大小的新機制。

該研究利用酵母雙雜交文庫篩選方法，鑒定到和驗證了兩個已知的水稻籽粒大小正調控因子OsMAPK6和CLG1。進一步地，生物化學方面的實驗證據表明，OsMAPK6和CLG1能夠分別對GW6a蛋白進行磷酸化和泛素化的修飾。意想不到的是，這些翻譯后修飾都增加了GW6a的蛋白穩定性，這與已報道的OsMAPK6和CLG1生化效應截然不同。其中有意思的是，鑒定到的兩個主要GW6a磷酸化位點（絲氨酸142和蘇氨酸186）在水稻籽粒大小調控中發揮重要作用。

此外，遺傳學實驗證據表明，存在分子模塊OsMAPK6-GW6a和CLG1-GW6a非加性地正調控水稻籽粒大小。這種非加性的調控方式也在對下游基因的表達調控和對GW6a蛋白的穩定調控中得到證實。

染色質調節劑GW6a (GRAIN WEIGHT 6a)能提高水稻的籽粒大小和產量。然而，對其決定晶粒大小的基因網絡知之甚少。在這里，我們報道了絲裂原活化蛋白激酶6 (OsMAPK6)和E3連接酶長李庚1 (CLG1)分別與GW6a相互作用并靶向GW6a磷酸化和泛素化。然而，出乎意料的是，體外和體內實驗表明，這兩種翻譯后修飾都能穩定GW6a。此外，我們發現了OsMAPK6靶向的兩個主要GW6a磷酸化位點(絲氨酸142和蘇氨酸186)在調節晶粒大小中起重要作用。此外，我們的遺傳和分子結果表明，OsMAPK6-GW6a和CLG1-GW6a軸是至關重要的，并以非加性的方式控制晶粒尺寸。總的來說，這些研究結果確定了一種以前未知的機制，通過磷酸化和泛素化非加和性地穩定GW6a來增加顆粒大小，并揭示了這些翻譯后修飾在水稻顆粒發育過程中的相關性和相互作用。

綜上所述，該研究揭示了不同翻譯后修飾協作調控水稻種子大小的新機制，為更加深入地探索作物種子大小的分子調控機理和遺傳網絡提供了新的視角，也為改良作物相關農藝性狀提供了新思路。

該研究成果于2024年5月21日在線發表于國際知名學術期刊Nature Communications。中國科學院植物研究所已畢業博士研究生白琛、王高婕，以及在讀博士研究生豐曉慧、助理研究員高瓊為論文共同第一作者，宋獻軍研究員為本文的通訊作者。該研究得到了科技創新2030重大項目，中國科學院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金的資助。

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