水稻是我国三大主粮之一，其谷粒大小和形状（粒型）决定稻米的产量和外观品质。近十年来，水稻粒型调控机理研究取得了较大的进展，许多重要粒型基因被克隆和研究。但目前已知的多数粒型基因难以归类到已知调控途径，报道的信号通路信息也呈现片断化的特点，极大限制了对粒型调控分子机理的认识，制约了其在作物高产优质分子育种中的应用。
近日，中国科学院植物研究所宋献军研究组与中国水稻研究所庄杰云研究组合作，借助现代高通量SLAF测序技术，在水稻中鉴定到超过40个粒型和产量QTL位点。在此基础上，研究人员定位并克隆了一个控制谷粒长度和产量的基因TGW3，该基因编码一个类似于GSK3/SHAGGY的激酶TGW3。研究发现，TGW3是谷粒大小的负向调节因子，能够通过增加颖壳细胞大小、减少细胞数目，从而使颖壳变长，谷粒变大、变重；TGW3的大粒等位基因的第三内含子核苷酸碱基发生转变，改变其mRNA的剪切方式，导致其第三和第四外显子的丢失，其编码蛋白丧失形成二聚体的功能。通过水稻种质资源序列测定分析，研究人员找到了其他两个具有长粒表型的遗传材料，其编码序列与本次发现的大粒亲本相同，显示了该基因位点的稀缺性。进一步研究表明，TGW3位点在水稻驯化过程中，并没有受到人工的选择，将其大粒等位基因TGW3JZ导入主栽品种“黄华占”中可以提高产量10%以上，显示了该位点在水稻高产育种中具有较好的利用潜力。
该研究深入揭示了水稻超大粒的遗传构成，并找到一个新的谷粒大小调控开关，为深入研究作物粒型调控的分子机制和遗传调控网络提供了新的切入点，对高产、优质作物的分子育种具有重要意义。
相关研究成果发表在Molecular Plant上。中国水稻研究所副研究员应杰政、植物所宋献军组博士研究生马铭和硕士研究生白琛为论文共同第一作者，研究员宋献军为通讯作者。该研究得到了中科院“分子模块设计育种创新体系先导科技专项”和国家自然科学基金项目资助。
