中國科學院遺傳發育所李云海團隊綜述作物種子大小調控的激素“攻略”與精準育種前景

種子大小是直接決定作物產量的核心農藝性狀之一。解析調控種子大小的關鍵基因及其分子網絡，對于通過分子設計育種實現作物增產具有重要意義。近年來，大量調控種子大小的基因被克隆并進行了功能解析，其中許多基因通過影響植物激素的合成、代謝或信號通路來發揮作用。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發表中國科學院遺傳與發育生物學研究所李云海研究員團隊題為“

Genetic and molecular mechanisms of phytohormone-mediated seed size control in crops

該綜述首先全面梳理了九大植物激素(油菜素內酯、生長素、細胞分裂素、赤霉素、脫落酸、茉莉酸、乙烯、獨角金內酯和水楊酸)合成和信號途徑調控種子大小的遺傳與分子機制，特別討論了P450亞家族CYP78A可能作為一類“新型激素樣信號分子”在促進種子大小中的作用。同時，闡述了這些激素信號通路之間復雜的“交叉對話”如何調控種子的最終大小。其次，關注了不同物種中控制種子大小的同源基因的功能保守性與物種特異性，為利用模式植物的研究成果指導作物育種提供理論依據。此外，特別強調了對產量提升具有顯著應用潛力的關鍵基因，探討了如何利用基因編輯、合成生物學等現代分子生物學技術，結合人工智能與多組學數據分析，對這些基因及通路進行精準操作。最后，討論了該研究領域當前面臨的主要挑戰，并對將基礎研究成果轉化為育種實踐的“分子設計育種”策略進行了展望。

植物激素對種子大小的主要調控作用

鑒于植物激素信號途徑的調控元件通常參與多種調控，該綜述選取了激素合成與代謝途徑中的關鍵酶來分析其對種子大小的調控效應。對于茉莉酸(JA)，主要基于JA信號組分的調控功能來推斷。

作者簡介

中國科學院遺傳與發育生物學研究所副研究員江珊與海南大學副教授黃洛將、講師武立安為該綜述共同第一作者，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李云海研究員和江珊副研究員為共同通訊作者。相關工作得到中國科學院戰略性先導科技專項和國家重點研發計劃等資助。