团队成员在水稻田开展实验。扬州大学农学院供图
8月20日，《植物生物技术杂志》在线发表了扬州大学农学院教授刘巧泉课题组最新研究成果。该团队通过编辑启动子和叶片特异超量表达的方式，对水稻葡聚糖水二激酶1（GWD1）基因功能进行了鉴定，发现该基因是改良水稻农艺性状、提升水稻产量和品质的关键基因 。
论文通讯作者、扬州大学教授李钱峰介绍，源库关系是决定作物整体农艺性状的核心。克隆和鉴定参与源库动态调控的关键基因是提高作物产量的关键。然而，目前在水稻中发现的具有潜在应用价值的源基因还很少。
葡聚糖水二激酶1在源组织瞬时淀粉降解途径的第一步发挥关键作用，能够催化α-葡聚糖、ATP和水反应生成α-葡聚糖磷酸单酯、AMP和正磷酸盐。葡聚糖水二激酶1在植物中广泛存在，但目前有关其进化途径和酶的功能，大部分仍然未知。
李钱峰说，研究团队使用CRISPR/Cas9基因编辑系统对水稻葡聚糖水二激酶1基因的启动子区域进行修饰。通过对获得的葡聚糖水二激酶1突变体植株进行分析发现，启动子发生编辑后，葡聚糖水二激酶1基因表达量下调，这对水稻的生长发育没有明显影响，但对其籽粒透明度和种子萌发有一定影响。
值得注意的是，使用Osl2启动子在叶片中特异性超表达葡聚糖水二激酶1基因后，水稻的产量、粒形、品质、种子萌发和抗逆性等多个关键性状均得到显著改善。
李钱峰说，该研究结果表明，葡聚糖水二激酶1不仅参与了源组织（如叶片）中的瞬时淀粉降解过程，在种子这一库组织中也发挥着重要作用。这使得葡聚糖水二激酶1可以成为利用生物技术协同提高水稻产量和品质的理想靶基因。未来通过与良种、良法和先进装备技术融合，将有效改变水稻生产现状，促进水稻走向高产优质。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.13686
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