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在水稻育种中，籽粒外观品质至关重要。研究人员针对 OsSPL14 在水稻籽粒外观品质调控机制不明的问题，开展相关研究。结果发现 OsSPL14 与 OsNF - YB9/YC8–12 协同促进 Waxy 和 PDIL1-1 表达，提升外观品质，为水稻遗传改良提供新思路。
水稻，作为全球超半数人口的主粮，其品质优劣直接关乎人们的生活质量。随着生活水平的不断提升，培育高品质水稻品种成为现代农业研究的热门焦点。水稻籽粒品质涵盖多个方面，其中外观品质尤为关键，它主要包括粒形、垩白、透明度和颜色等特性。垩白，指的是胚乳中的不透明区域，不仅影响水稻的卖相，让消费者望而却步，还会显著降低其蒸煮和食用品质，因此，降低水稻垩白在育种工作中具有重要意义。
过去，科研人员在水稻品质研究方面已取得一定成果，发现淀粉和蛋白质是影响水稻品质的关键因素。例如，Waxy（Wx）基因编码颗粒结合淀粉合成酶 I（GBSSI），是胚乳直链淀粉合成的关键调控因子，对水稻蒸煮和食用品质影响深远；蛋白质二硫键异构酶类似蛋白（PDIL1 - 1）则在种子发育过程中，对淀粉和贮藏蛋白的合成起着重要作用。然而，这些基因的上游调控机制仍迷雾重重，尤其是在控制水稻籽粒外观品质方面，众多关键环节尚未明晰，严重制约了水稻品质的进一步改良。
为深入探究水稻籽粒外观品质的调控机制，湖北大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于 SQUAMOSA 启动子结合蛋白样 14（OsSPL14），这是一种在植物发育中扮演多种角色的转录因子，但此前其在水稻籽粒外观品质调控中的作用鲜为人知。
研究人员运用了基因编辑（CRISPR/Cas9）、定量实时聚合酶链反应（qRT - PCR）、酵母双杂交（Y2H）、荧光素酶互补成像（LUC）、染色质免疫沉淀 - 定量聚合酶链反应（ChIP - qPCR）等技术，对 OsSPL14 展开全方位研究。通过 CRISPR/Cas9 技术构建了 OsSPL14 基因敲除和过表达植株，利用 qRT - PCR 分析相关基因表达水平，借助 Y2H、LUC 和 ChIP - qPCR 等技术探究蛋白 - 蛋白相互作用及基因调控机制。
研究结果令人瞩目：
- OsSPL14 对胚乳发育至关重要：研究人员发现，下调或敲除 OsSPL14 基因的水稻植株，其籽粒出现垩白或粉质白色胚乳表型，垩白粒率（PGWC）和胚乳垩白度（DEC）显著升高，整精米率大幅下降；而过表达 OsSPL14 的植株，籽粒胚乳更透明，PGWC 和 DEC 降低，整精米率提高。这表明 OsSPL14 在调控水稻胚乳发育和籽粒外观品质方面发挥着关键作用。
- 影响种子贮藏物质和复合淀粉颗粒：对转基因水稻种子的分析显示，OsSPL14 敲除植株的总淀粉和直链淀粉含量低于野生型，而贮藏蛋白含量增加；过表达植株则呈现相反趋势。同时，敲除植株的淀粉颗粒形态异常，体积小且松散分布，而野生型和过表达植株的淀粉颗粒呈规则多面体且紧密排列。这说明 OsSPL14 在种子贮藏物质积累和淀粉颗粒发育过程中不可或缺。
- 调控贮藏淀粉和蛋白质相关基因转录：研究人员对参与水稻胚乳发育的 50 多个基因进行表达分析，发现 OsSPL14 敲除植株中，淀粉合成相关基因表达下调，淀粉分解相关基因表达上调；蛋白质合成相关基因在敲除植株中表达激活，在过表达植株中受到抑制。此外，内质网应激反应基因 PDIL1 - 1 等在过表达植株中表达升高，在敲除植株中降低。这表明 OsSPL14 参与了一个复杂的调控网络，通过调节多个基因的表达影响种子发育。
- 直接结合 Wx 和 PDIL1-1 启动子：通过酵母单杂交（Y1H）、萤火虫荧光素酶转录激活实验、ChIP - qPCR 和电泳迁移率变动分析（EMSA）等实验，研究人员证实 OsSPL14 能直接结合 Wx 和 PDIL1-1 的启动子区域，且结合位点含有 “GTAC - box” 基序，从而正向调控这两个基因的表达。
- 与 OsNF - YB9 和 OsNF - YC8–12 相互作用：利用 Y2H、LUC 和免疫共沉淀（Co - IP）实验，研究人员发现 OsSPL14 与核转录因子 Y（NF - Y）的亚基 OsNF - YB9 和 OsNF - YC8–12 相互作用，形成异源三聚体复合物。敲除 OsNF - YB9 或 OsNF - YC8–12 基因的植株，籽粒垩白增加，外观品质下降，进一步证实了它们在调控水稻籽粒外观品质中的重要作用。
- 协同调控 Wx 和 PDIL1-1 表达：研究表明，OsSPL14 和 OsNF - YB9/YC8–12 共同作用，能够增强 Wx 和 PDIL1-1 的转录激活活性。在过表达 OsSPL14 的植株中，Wx 和 PDIL1-1 表达上调；在敲除或下调 OsSPL14 以及敲除 OsNF - YB9/YC8–12 的植株中，这两个基因表达下调。
综合研究结论与讨论部分，该研究取得了重大突破。首次揭示了 OsSPL14 在调控水稻籽粒外观品质中的关键作用及分子机制，发现它通过与 OsNF - YB9/YC8–12 形成异源三聚体，直接结合 Wx 和 PDIL1-1 的启动子，激活其表达，进而影响贮藏淀粉和蛋白质的积累，最终调控籽粒外观品质。这一发现为水稻遗传改良提供了全新的理论依据和基因资源，有望打破长期以来水稻产量与品质难以兼顾的困境，为培育高产优质水稻品种开辟新途径。同时，也为深入理解植物种子发育过程中的转录调控网络提供了重要线索，推动了植物分子生物学领域的发展。该研究成果发表在《Plant Communications》上，无疑将在水稻育种和植物科学研究领域产生广泛而深远的影响，激励更多科研人员投身于相关研究，为提升全球粮食安全和品质贡献力量。
