近日，山东省农业科学院湿地农业与生态研究所（山东省水稻研究所）谢先芝团队在生物学领域知名期刊《Rice》（中科院一区Top，IF=5.0）上发表题为“The Phytochrome-Interacting Factor OsPIL11 Coordinates Grain Weight and Grain Number via Directly Regulating the Expression of OsMIR530 and OsCKX2 in Rice”的研究论文。

水稻产量主要由穗粒数、分蘖数和粒重三大要素构成。然而实际育种中增加穗粒数往往导致粒重下降，这种“权衡”关系严重限制了产量的进一步提升。因此，寻找能协同优化多个产量性状的关键基因，成为当前水稻遗传改良的焦点。

研究团队将目光投向了光敏色素互作因子OsPIL11。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，构建了该基因的敲除和过表达株系。研究发现，敲除OsPIL11可同时提高粒重和穗粒数，突破“产量权衡”制约，从而实现增产。

细胞学机制解析表明，OsPIL11通过影响颖壳细胞的扩张与分裂来调控粒重。更为重要的是，研究团队通过染色质免疫共沉淀、酵母单杂交等一系列实验证实，OsPIL11作为转录因子，能直接结合到两个已知负调控产量基因—OsCKX2和OsMIR530的启动子上，并激活其表达。

本研究的另一大亮点在于其明确的育种应用前景。团队对533份水稻种质资源进行分析后，发现了OsPIL11的两种主要自然变异类型（单倍型）—Hap1和Hap2。与Hap2相比，Hap1展现出显著更宽的籽粒和更大的粒重，被鉴定为优良单倍型。群体分析显示，Hap1在粳稻中占主导，而Hap2主要存在于籼稻中，这提示该基因可能与籼粳亚群的分化有关。利用微核心种质资源和染色体片段代换系进一步发现，两种单倍型在启动子区的自然变异导致了转录水平的差异，这可能是其功能分化的根本原因。

该研究不仅揭示了OsPIL11通过OsCKX2和OsMIR530协同调控水稻产量性状的新模块，阐明了光信号和激素信号整合调控水稻产量性状的机制，而且还鉴定出具有育种应用潜力的优良单倍型Hap1。

湿地农业与生态研究所为论文通讯单位，彭永彬博士和李亚萍博士为该论文的共同第一作者，谢先芝研究员和郑崇珂副研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了山东省重点研发计划农业良种工程（2024LZGC009）项目和院科技创新工程（CXGC2025H08）等的资助。谢先芝团队一直从事水稻光信号传导途径研究，先后解析了光信号调控产量、非生物胁迫和生物胁迫的新途径，为高产抗逆水稻育种提供了基因资源和育种思路。在Mol Plant、New Phytol、Plant Cell Environ、J Integr Plant Biol、Plant Mol Biol等期刊发表相关论文20余篇。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s12284-025-00865-6

(撰稿：李亚萍  核稿：张勇)