水稻是重要的粮食作物之一，有效分蘖数和籽粒大小是决定水稻产量的关键农艺性状。尽管近年来对水稻分蘖和籽粒大小的遗传机制进行了广泛研究，但可供育种应用的基因资源仍相当有限。I型酪蛋白激酶是一种在真核生物中普遍存在且高度保守的蛋白激酶，在植物中参与调节多种生理和信号转导过程，但该类激酶在作物关键农艺性状方面的调控功能及作用机制目前尚不明确。
近日，李平/梁越洋团队在The Crop Journal在线发表了题为“The dual role of casein kinase 1, DTG1, in regulating tillering and grain size in rice”的研究论文，作者发现编码I型酪蛋白激酶的基因DTG1具有调控水稻分蘖数和籽粒大小的双重功能，DTG1参与生长素和脱落酸等植物激素途径调控水稻分蘖，同时与水稻粒型调控因子GW2相互作用调控籽粒大小，敲除DTG1基因可同时增加水稻分蘖数和粒重，显著提高产量。
研究者前期在籼稻G630和粳稻02428花药离体培养后代材料中鉴定到一份分蘖显著减少的突变体dtg1（defective tiller growth 1），利用粳稻02428为轮回亲本构建近等基因系，通过QTL-seq结合图位克隆方法鉴定到了调控水稻分蘖和粒型的基因DTG1，该基因编码水稻I型酪蛋白激酶（图1）；遗传学分析表明，DTG1负调控水稻分蘖数和籽粒大小，而来源于dtg1突变体的DTG1I357K等位变异增强了该基因抑制水稻分蘖方面的功能，从而引起少分蘖表型（图2）；蛋白互作和遗传分析表明，DTG1与粒型调节关键因子GW2互作，作用于GW2上游协同调控水稻籽粒大小（图3）；利用CRISPR/ Cas9基因编辑技术对粳稻品种02428中的DTG1基因进行改良，发现敲除DTG1的改良株系有效分蘖和千粒重显著增加（图4），产量提升6.8%~9.3%，将为水稻高产育种提供新的基因资源。
图1 DTG1基因的定位和克隆
图2 DTG1负调控水稻分蘖数和籽粒大小
图3 DGT1通过与GW2互作调控水稻粒型
图4基因编辑DTG1显著提高水稻产量
四川农业大学已毕业博士研究生李吉进为该文第一作者，西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室梁越洋副教授和李平教授为共同通信作者。该研究得到四川省科技厅项目(2022ZDZX0012, 2021YFYZ0016, 2023YFN0007，2021YFYZ0027)和国家自然科学基金项目(32171966，U23A20180)的资助。该团队长期从事水稻产量关键基因的挖掘和育种利用研究，克隆了多个具有重要育种利用价值的株型和粒型功能基因。相关研究工作相继发表在Nature Communications、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、Plant Journal和Journal of Integrative Plant Biology等期刊上。
