中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海教授领导的研究小组发现了一种调控水稻粒大小的先前隐藏的机制——水稻粒大小是决定作物产量和品质的关键因素。

该研究结果发表在《欧洲分子生物学组织杂志》上，揭示了氧化还原依赖性分子相互作用如何充当“开关”和“剪刀”来微调晶粒发育。

水稻粒的大小直接影响产量和市场价值，而 GS3 蛋白长期以来被认为能够抑制稻粒的伸长。降低 GS3 活性的自然突变已被广泛应用于水稻育种，以培育更长的稻粒。然而，控制 GS3 功能的精确分子机制至今仍不清楚。

研究小组发现，GS3 通过二硫键(蛋白质中硫原子之间的化学连接)形成分子簇(低聚物)。这些簇削弱了 GS3 与另一种生长调节蛋白(G 蛋白亚基 RGB1)相互作用的能力，从而削弱了其对籽粒伸长的限制。

研究人员发现，一种名为WG1的谷氧还蛋白酶是该系统中的分子“剪刀”。WG1能够切断连接GS3簇的二硫键，将其重新转化为单体——能够抑制晶粒伸长的单一活性分子。这种氧化还原敏感的转化突显了一个由细胞氧化条件控制的动态调控系统。

研究人员还发现，GS3 中富含半胱氨酸的 C 端区域对于簇的形成至关重要，这解释了为什么具有截短尾巴的天然 GS3 变体会导致更短的晶粒。

这一发现将氧化还原生物学与农业科学联系起来。“这是首次证明植物G蛋白信号中的氧化还原调控。它为通过氧化还原工程操纵蛋白质相互作用铺平了道路。”

该研究的首席研究员李云海教授说：“针对 GS3 富含半胱氨酸的区域进行基因编辑可以实现对谷粒长度的精确调整——这是未来‘设计水稻’的一种有前途的策略，对各种作物都有潜在益处。”

更多信息： Lijie Liu 等，《谷胱甘肽还原酶 WG1 通过氧化还原调控 G 蛋白寡聚化和信号传导控制水稻粒大小》，《欧洲分子生物学组织杂志》(2025 年)。