水稻是我國的主要糧食作物之一，其產量主要由粒重、穗粒數和有效穗數決定。因此水稻的籽粒大小影響著水稻的產量。水稻育種家正在利用籽粒大小自然變異改良水稻產量和品質。目前已經克隆了一些控制水稻籽粒大小的重要基因，但水稻籽粒大小調控的分子機理仍不清楚，且只有很少幾個籽粒大小基因的等位變異已被育種家廣泛利用。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所李云海研究組與中國水稻研究所錢前研究組、中國科學院植物研究所葛頌研究組合作，通過對102份秈稻品種進行基因組測序，對籽粒大小進行表型分析，通過全基因組關聯分析和基因表達分析，定位到一個控制粒寬的關鍵數量性狀位點GSE5。通過基因表達分析、基因敲除和轉基因功能互補驗證等方法證明GSE5基因在不同水稻品種間的差異表達是造成粒寬差異的主要原因。研究發現部分秈稻品種GSE5啟動子有950堿基缺失（DEL1），大部分粳稻品種GSE5啟動子有1.2kb缺失（DEL2），DEL1和DEL2降低了GSE5表達量，從而導致籽粒變寬。在46.1%的秈稻品種中，GSE5啟動子含有DEL1和367 bp 插入，而81.3%的粳稻品種GSE5啟動子含有DEL2。研究表明秈稻品種中DEL1和粳稻品種中的DEL2均造成GSE5基因表達量的下降，導致粒寬增加。運用CRISPR/Cas9技術敲除GSE5基因可以使籽粒進一步變寬、粒重增加。相反，GSE5過表達植株種子細長。GSE5通過影響種子的細胞數目來控制籽粒寬度。現代栽培稻是通過普通野生稻進化而來，對不同地區普通野生稻GSE5的序列分析表明，現代栽培稻中GSE5的不同單倍型是從不同的野生稻選育而來。該研究闡明了秈稻品種間和秈粳亞種之間粒寬差異的分子遺傳基礎，有望進一步利用GSE5基因改良水稻籽粒大小和產量，對于水稻高產育種具有重大意義。
該項工作于3月30日在線發表于《分子植物》（Molecular Plant，DOI:10.1016/j.molp.2017.03.009），李云海研究組的助理研究員段朋根和博士后徐勁松為該論文的共同第一作者。該研究得到了科技部、中科院戰略先導專項、國家自然科學基金委和國家轉基因專項等項目資助。
圖：全基因組關聯分析鑒定水稻粒寬數量性狀位點GSE5