水稻粒型调控相关信号通路的鉴定与解析

摘要

水稻是最重要的粮食作物之一,其产量对世界粮食安全影响巨大。提高水稻的产量是育种的永恒主题,也是解决全球人口迅速增长和耕地面积持续下降矛盾的迫切需求。水稻粒型是决定其单株产量的主要因素之一,是受多基因控制的能够稳定遗传的数量性状,由籽粒的粒长、粒宽和粒厚共同决定。籽粒大小由调控母体组织和合子的信号协同控制,与颖壳细胞的增殖和扩张、胚乳的生长发育密切相关。近年来,基于图位克隆和全基因组关联分析技术的发展,对粒型调控机制的的遗传研究逐步深入。大量粒型相关数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)被确定,许多粒型相关基因被克隆并进行了功能解析,这些基因大多表现为一因多效,与其他粒型基因共同协调表达,进而构成调控网络。鉴定和解析水稻粒型调控的遗传和分子机制,能为水稻分子设计育种提供新的思路。本文从胚乳发育和颖壳发育视角,概述了水稻籽粒发育的基本过程,以及粒型相关QTL的研究现状,聚焦于近来取得较大进展的G蛋白信号通路、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联、泛素-蛋白酶体途径以及miRNA相关通路在水稻粒型调控中的功能,梳理了水稻粒型调控分子网络,并就水稻粒型遗传研究中的前景和存在的主要问题进行了展望和分析,旨在为水稻的定向遗传改良和分子设计育种研究提供参考。