水稻高产高光效种质创新和分子机制研究上取得新进展

近日，武汉大学生命科学学院/杂交水稻全国重点实验室李绍清教授团队在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。李绍清教授为该论文的通讯作者，生命科学学院博士后范峰峰和刘曼曼为共同第一作者。

该论文发现了一个高度保守的水稻高产高光效基因HPY1，其功能获得型突变的等位变异同时提升水稻光合作用（源）和籽粒大小（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基因和新资源。

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端的一个氨基酸发生改变，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提升，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。

HPY1基因的发现不仅有助于从分子水平深入理解水稻源库协调的作用机制，同时也为水稻高产改良提供了一个新靶点和新策略。

据悉，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。