水稻是我国的主要粮食作物之一，粒重、穗粒数和有效穗数是水稻产量三要素。因此水稻的籽粒大小影响着水稻的产量。目前已经克隆了一些控制水稻种子大小的重要基因，但水稻种子大小调控的分子机理仍不清楚。中国科学院遗传与发育生物学研究所的李云海团队与姚善国团队、田志喜团队以及中国科学院大学的柴团耀团队合作，揭示了一个 MAPK 级联信号通路在水稻种子大小调控上起重要作用，对提高作物产量有潜在的应用价值。

MAPK 信号途径介导了多个植物生长发育过程。MAPK 途径的基本组成包括：MAPK 激酶激酶（MKKK），MAPK 激酶（MKK）和 MAPK。植物感受信号后，这三种激酶依次激活来调控下游基因的表达，从而调控生物体的生长发育以及对环境的响应等。李云海团队前期的研究发现 OsMKK4 丢失功能突变体 (smg1) 种子变小（Duan et al., Plant Journal 2014）。近期研究鉴定了 OsMKK4 的功能获得突变体 large11-1D，产生大的种子。 同时也鉴定了与 smg1 表型相似的突变体 smg2，SMG2 编码了水稻 OsMKKK10。过表达持续激活的 OsMKKK10 可以使种子变大。生化分析显示 OsMKKK10 可以依次激活 OsMKK4 和一个 MAPK（OsMAPK6）。进一步分析显示 OsMAPK6 的活性增强会导致水稻种子变大，而活性减弱会导致种子变小。遗传分析显示 OsMKKK10，OsMKK4 和 OsMAPK6 作用在相同的遗传途径调控种子大小。因此，这些研究揭示了 OsMKKK10，OsMKK4 和 OsMAPK6 作为一个级联信号通路来调控水稻种子大小的分子遗传机理。

这一研究结果于 2018 年 4 月 24 日在线发表于 Molecular Plant 杂志（DOI：10.1016/j.molp.2018.04.004）。李云海研究组的徐冉博士，段朋根博士和硕士研究生于海跃为该论文的共同第一作者。该研究得到了科技部重大研发计划，国家自然科学基金和中科院先导专项 B 的资助。 （来源：中国科学院遗传与发育生物学研究所）

Control of grain size and weight by the OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6 signaling pathway in rice

Abstract  Grain size is one of the key agronomic traits that determine grain yield in crops. However, the mechanisms underlying grain size control in crops remain elusive. Here we demonstrate that the OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6 signaling pathway positively regulates grain size and weight in rice. Loss of OsMKKK10 function results in small and light grains, short panicles and semi-dwarf plants, while overexpression of constitutively active OsMKKK10 (CA-OsMKKK10) causes large and heavy grains, long panicles and tall plants in rice. OsMKKK10 interacts with and phosphorylates OsMKK4. We identify a gain-of-function mutant of OsMKK4 (large11-1D), which causes large and heavy grains. OsMKK4A227T encoded by the large11-1D allele has stronger kinase activity than OsMKK4. Overexpression of a constitutively active OsMKK4 (OsMKK4-DD) also forms large grains. Further biochemical and genetic analyses reveal that OsMKKK10, OsMKK4 and OsMAPK6 function in a common pathway to control grain size. Thus, our findings reveal an important genetic and molecular framework for the OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6 cascade-mediated control of grain size and weight in rice.

原文链接：https://www.cell.com/molecular-plant/pdf/S1674-2052(18)30133-3.pdf