近日，国际知名学术期刊Plant Biotechnology Journal（IF2023=11.2）在线发表了由中国水稻研究所优质稻育种团队撰写的“A novel transcription factor OsMYB73 affects grain size and chalkiness by regulating endosperm storage substances’accumulation-mediated auxin biosynthesis signalling pathway in rice”的研究论文。研究人员鉴定到一个水稻灌浆初期籽粒中高表达转录因子OsMYB73，并初步阐明其协同核因子OsNF-YB1结合异淀粉酶基因OsISA2、脂质转运蛋白基因OsLTPL36和黄素单加氧酶基因OsYUC11共同调控籽粒灌浆和胚乳储藏物质积累进而影响种子粒形及垩白的分子机制，该项研究拓展了水稻MYB家族转录因子的生物学功能。

MYB转录因子是植物最大的转录因子家族之一，广泛参与植物生长发育全过程, 然而水稻MYB参与产量及品质性状形成鲜有报道。研究人员通过生物信息学及共表达分析鉴定到一个水稻籽粒灌浆初期在种子高表达的核定位转录因子OsMYB73，进而利用基因编辑技术创制了长粒腹白突变体，该基因突变后影响了种子粒形、胚乳淀粉和脂质合成、以及生长素合成相关基因表达，同时也触发了次生代谢产物的变化。生化实验证明其协同OsNF-YB1激活OsISA2、OsLTPL36和OsYUC11的转录，调控籽粒灌浆和胚乳储藏物质积累进而影响种子粒形及垩白的形成。转录组测序分析发现该基因主要参与细胞壁发育和种子淀粉代谢等生物学途径。本研究为水稻品质遗传改良提供新的重要基因资源和理论依据，以及拓展了水稻MYB家族转录因子的生物学功能。

1. 水稻籽粒高表达转录因子OsMYB73的鉴定

进化分析发现水稻转录因子OsMYB73与OsMYB118、OsMYB119、SbMYB80、ZmMYB98亲缘关系较近，而与已报道与种子发育相关的其它5个MYB转录因子，MYB1、MYB2、MYB3、MYB4和MYB5关系较远。通过qRT-PCR和GUS染色实验分析研究OsMYB73的时空表达模式，其在籽粒灌浆初期种子高度表达，在开花后5天表达水平最高，随着种子的成熟表达量随之降低。蛋白功能预测发现OsMYB73是一个典型核定位的转录因子，在115-164位和167-215位氨基酸包含两个典型的SANT结构域。

2. OsMYB73突变体种子表现长粒垩白增加表型利用基因编辑技术在粳稻品种中花11号（ZH11）中敲除OsMYB73基因，获得纯合突变体，导致氨基酸序列产生移码以及编码蛋白质的三维空间结构发生明显改变，降低种子灌浆速率，种子粒长和垩白增加、但株高和分蘖等农艺性状未发生变化，以上结果表明OsMYB73主要参与调控种子粒形及垩白性状。

3. OsMYB73突变改变胚乳淀粉、脂肪等储藏物质积累进而影响稻米品质

通过对野生型和突变体osmyb73淀粉结构和理化指标分析，发现osmyb73造粉体结构异常，腹部发生垩白区域淀粉颗粒呈椭圆型或者球形，直链淀粉和蛋白质含量升高，胶稠度增加，粘滞性降低，支链淀粉短链增加、长链减少，可溶性糖和脂质含量均降低。综合以上结果，OsMYB73突变影响了淀粉结构和理化特性的形成。

4. OsMYB73与OsNF-YB1协同激活OsISA2、OsLTPL36和OsYUC11的表达

通过酵母双杂和BiFC实验分析，我们发现OsMYB73与OsNF-YB1，OsLTPL36和OsYUC11发生蛋白互作。酵母单杂、EMSA和转录激活活性分析等实验证明OsMYB73可以直接结合到OsISA2、OsNF-YB1、OsYUC11和OsLTPL36的启动子区域并激活它们的表达。以上研究表明OsMYB73可能是一个核心调控因子，协同其它多个基因共同参与调控稻米粒形和垩白性状的形成。

5. OsMYB73相关双突变体呈现种子粒长增加及更严重垩白表型

最后我们提出了水稻转录因子OsMYB73参与调控种子粒形和垩白形成的分子机制。后期将进一步挖掘OsMYB73调控稻米品质形成的优异单倍型，为水稻品质遗传育种提供新的重要基因资源和理论依据。另外，由于它存在一因多效性，还将继续探索研究水稻转录因子OsMYB73调控其它重要性状的生物学功能。

中国水稻研究所唐绍清研究员、胡培松研究员、邵高能研究员、四川省农业科学院作物研究所（四川省种质资源中心）任光俊研究员和高方远研究员为该论文的共同通讯作者，中国水稻研究所已毕业博士研究生刘松助理研究员（现就职于四川省农业科学院作物研究所（四川省种质资源中心））、在读博士研究生吴佳民、已毕业肯尼亚籍留学生Amos Musyoki Mawia博士、魏祥进研究员和在站博士后操瑞节为该论文的共同第一作者。该研究得到了中央级公益性科研院所基本科研业务费、国家水稻产业技术体系、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金及重点研发计划、四川省财政自主创新专项、四川省农业科学院“1+9”揭榜挂帅重点学科领域科技攻关、粮油作物绿色种质创新与遗传改良四川省重点实验室开放课题等项目的资助。浙江大学包劲松教授、中国水稻研究所王克剑研究员、四川农业大学陈学伟教授、李仕贵教授、周浩教授和夏朵副教授、华中农业大学何予卿教授、云南省农业科学院程在全研究员、中国科学院/崖州湾国家重点实验室汪安祺博士后、中国农业科学院淳雁博士后、四川大学闫萌博士、四川省农业科学院郭鸿鸣博士、王芳博士、王丽平博士等对论文修改提供了指导帮助。

文章链接：

http://doi.org/10.1111/pbi.14558

图文来源：植物生物技术Pbj