Science Bulletin | 我室李绍清教授团队揭示水稻源库协同高产的分子机制

水稻是全球一半以上人口的主要粮食作物，持续提高其产量对于保障世界粮食安全具有重要意义。因此，如何实现水稻持续增产一直是水稻科学研究领域的重大科学问题。水稻产量在生理上是由光合作用能力(源)和籽粒大小/数量(库)共同决定的。但目前的研究大多只关注源或库，有关源库协同的研究相对较少。

近日，杂交水稻全国重点实验室的李绍清团队在Science Bulletin发表了题为“Gain-of-function allele of HPY1 coordinates source and sink to increase grain yield in rice”的研究论文。该研究发现了一个高度保守的高产基因HPY1，其功能获得型突变的等位变异通过协同提升源和库相关基因的表达，从而提高水稻产量。这一发现为在分子水平上理解水稻源库如何协调提供了新见解，同时也为水稻高产改良提供了新资源。

该团队通过辐射诱变得到一个水稻大粒、高生物量突变体。随后，通过图位克隆的方法克隆到一个同时调控光合效率、籽粒大小、生物量和产量的基因，并命名为HPY1 (high photosynthetic rate and yield 1)。HPY1是一个由转座子衍生而来的转录因子，其高度保守，在水稻种质资源中均无任何突变。该基因编码区的一个SNP变异导致其HTH (helix-turn-helix)结构域C端的一个氨基酸的改变，该氨基酸的变异导致了其蛋白结构发生改变，进而提高其DNA结合能力。最终促使下游基因表达量的提升，并导致高光合效率、大粒、高生物量和高产的表型。

进一步分析发现，HPY1通过反馈调控提高自身的转录水平。随后，HPY1通过直接结合源相关基因（RbcS2、RbcS3和RbcS4，Rubisco小亚基编码基因）来提高其转录，进而提高Rubisco含量和活性，从而提高光合速率和生物量；同时直接结合库相关基因（CCP1和FLO2，调控籽粒大小基因）并上调其转录，从而提高籽粒大小。最终实现源强和库容的同时提升，促进水稻高产。

综上所述，该研究鉴定了一个协调源库平衡提高水稻产量的高产基因HPY1，揭示了其高产的分子机制。该发现不仅将有助于从分子水平深入理解水稻源库协调的作用机制，同时也提供了一种水稻高产改良的有效策略。

杂交水稻全国重点实验室李绍清教授为该论文的通讯作者，博士后范峰峰和刘曼曼为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委和湖北洪山实验室的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323005613