谷粒大小和重量是水稻产量构成的主要性状之一，还对水稻的品质有重要影响。2月27日，国际学术期刊《Nature Communications》在线发表了题为“A G-protein pathway determines grain size in rice（G蛋白调控途径决定水稻粒型）”的研究论文。GS3是控制水稻粒长效应最大也是最重要的基因，研究结果阐明了GS3所在的G蛋白复杂网络参与粒型与粒重调控的协同互作机制。我校博士研究生孙生远为该论文的第一作者，张启发教授与欧阳亦聃教授为共同通讯作者。

水稻产量由有效穗数、每穗实粒数和粒重这三个要素决定，而粒型是粒重的决定因素。不同水稻品种在粒型上存在很大差异，因此粒型是非常重要的产量性状、外观品质性状，以及作物驯化和人工育种的目标性状。GS3是国际上分离的禾本科植物的首个粒型基因，该基因是水稻粒型的负调控因子，早在2006年由张启发教授团队发现并克隆，2010年进一步在《美国科学院院刊》（PNAS）解析了GS3的功能机制，其编码蛋白N端含有一个植物特有的器官大小调控区，是GS3发挥功能的关键。

最新的研究发现，水稻G蛋白α、β和γ亚基均参与水稻种子大小的协同调控。水稻中共存在三个非典型G蛋白γ亚基GS3、DEP1和GGC2，它们由于蛋白C端结构域的变异导致其功能分化。其中DEP1和GGC2的C端结构域介导G蛋白的信号传导，其功能的发挥依赖G蛋白β亚基RGB1和α亚基RGA1。GS3在G蛋白信号途径中扮演刹车的作用：通过N端结构域竞争结合RGB1，从而抑制DEP1/GGC2的下游信号，进而负调控粒长和粒重；通过C端结构域调节自身蛋白的稳定性，从而准确控制参与竞争结合RGB1的GS3蛋白水平，达到对这个系统的精确调控。

基于三个Gγ蛋白的协同互作方式和调控机制，可以对GS3、DEP1以及GGC2的不同等位基因组合进行操作，可以实现粒长从降低35%到增加19%，粒重从降低40%到增加28%范围内不同程度的精准调控，提高水稻的外观品质和产量，对水稻的遗传改良具有重要的利用价值。本研究发现的G蛋白调控网络在禾本科作物中高度保守，可应用于玉米、小麦、高粱和小米等多种禾谷类作物的产量和品质改良。此外，G蛋白正向信号途径在双子叶植物也同样保守，可用于马铃薯、番茄和大豆等双子叶作物的遗传改良和育种。