水稻是重要的粮食作物，其产量主要由有效穗数、穗粒数和粒重决定，其中粒重主要受籽粒大小调控。目前已经克隆了较多水稻粒型相关基因，通过不同的信号通路调控籽粒大小。阐明水稻粒型的遗传与分子机制并将之应用于育种是提高水稻产量的重要手段，进一步克隆新的粒型基因对完善水稻粒型调控网络和分子育种具有重要意义。氨基酸通透酶是植物中介导氨基酸跨膜转运的一类膜蛋白，在植物生长发育过程中发挥着不可或缺的作用。在水稻中鉴定到85个编码氨基酸通透酶的基因，部分成员被报道参与调控水稻分蘖影响水稻产量，但未见氨基酸通透酶调控水稻籽粒大小的报道。
近日，四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室在The Crop Journal在线发表了题为“qGW11a/OsCAT8, encoding an amino acid permease, negatively regulates grain size and weight in rice”的研究论文，作者利用籼稻品种93-11为受体，粳稻品种日本晴为供体构建一套染色体片段代换系群体(CSSLs)，从中鉴定到两个新的水稻粒型与粒重调控位点qGW11a和qGW11b，并成功克隆了水稻中编码氨基酸通透酶的OsCAT8。进一步研究结果表明，OsCAT8负调控水稻籽粒大小和粒重。
研究者发现，CSSL9-17与受体亲本93-11相比，籽粒变小和粒重降低（图1）。进一步遗传分析和基因定位发现，在水稻11号染色体有两个位点共同影响千粒重，命名为qGW11a和qGW11b，两个位点对千粒重的影响具有叠加效应。对效应更大的qGW11a位点进行候选基因分析发现，定位区间内存在一个编码氨基酸通透酶的基因OsCAT8，该基因在亲本启动子和编码区都存在较大序列差异。通过转基因验证发现，过表达OsCAT8籽粒变小，粒重下降（图2）；而OsCAT8敲除株系籽粒变长，粒重增加（图3），表明OsCAT8是水稻粒型和粒重的负调控因子。与等位基因OsCAT8Nip相比，OsCAT893-11启动子区存在287-bp插入，导致OsCAT893-11启动子活性降低，从而降低其表达量使水稻籽粒变大。基因分型发现，该287-bp插入仅存在于少量籼稻、野生稻和中间型品种，粳稻中几乎不存在该位点（图4）。表明大粒型的OsCAT893-11具有重要的育种应用潜力，该位点的发现也为OsCAT8后续的育种利用提供了准确的分子标记。
图1 93-11与CSSL9-17表型比较
图2 OsCAT8过表达转基因株系表型分析
图3 OsCAT8敲除株系表型分析
图4 OsCAT8水稻群体中基因分型
四川农业大学博士后高鹏和在读博士研究生陈非凡、刘海棠为该文共同第一作者，钦鹏教授和袁华副教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目（32325038）、国家资助博士后人员研究计划项目（GZB20230499）、西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室“生物育种”揭榜挂帅项目（SKL-ZY202212）和四川省自然科学基金项目（24NSFSC4494）的资助。该研究工作得到四川农业大学高性能计算平台的支持。
