水稻是全球超過一半人口的主食，隨著人口的增長和農業用地的減少，提高水稻產量成為當務之急。水稻產量受株型、穗型和粒型等多性狀綜合影響，這些性狀由複雜的調控網絡控製。然而，這些農藝及產量性狀往往是此消彼長的，尋找協同調控各個性狀、提升最終產量的核心基因至關重要。另外，為了進一步提高產量，需要解析影響主要產量相關成分的複雜遺傳網絡，突破產量性狀之間的耦合瓶頸，實現協同改良。
2025年2月19日，羅小金課題組在Plant Biotechnology Journal雜誌上發表了題為“OsMAPKKK5 Affects Brassinosteroid Signal Transduction via Phosphorylating OsBSK1-1 and Regulates Rice Plant Architecture and Yield”的研究論文。該研究揭示了OsMAPKKK5通過磷酸化水稻油菜素內酯（BR）信號細胞膜受體OsBSK1-1，抑製BR信號傳導，從而調控水稻株型和產量的分子遺傳機製。
研究團隊前期挖掘到一個產量相關基因OsMAPKKK5。利用CRISPR/Cas9技術敲除了水稻品種Bing1B中的OsMAPKKK5基因，發現敲除株係的水稻株高、分蘖數、單株產量和籽粒大小均顯著增加。而OsMAPKKK5過表達水稻株係的表型相反，表明OsMAPKKK5在水稻株型和籽粒發育中起到了負調控作用。
通過體內、體外的蛋白免疫實驗，研究團隊證實了OsMAPKKK5與OsBSK1-1之間直接相互作用。進一步的研究表明，OsMAPKKK5通過磷酸化OsBSK1-1，增強了二者之間的相互作用，但削弱了OsBSK1-1與OsBRI1（水稻BR信號起始受體）和OsPPKL1（水稻BR信號中間激酶）之間的相互作用，從而抑製了BR信號的傳導，最終阻止了OsBZR1（水稻BR信號終端轉錄因子）在BR的作用下進入細胞核的過程，進而影響了其作為轉錄因子調控下遊基因的功能。該研究報道了OsMAPKKK5通過調控BR信號通路影響水稻株型和產量的分子機製，揭示了MAPK級聯與BR信號通路共同參與產量性狀調控的協調機製；通過敲除或利用功能缺失的OsMAPKKK5等位基因，有望進一步改良水稻的產量和株型，為水稻高產育種提供了理論依據和基因資源。
圖注：OsMAPKKK5和OsBSK1-1調控水稻株高和產量性狀的分子機製
万博英超狼队网官方网 博士生嚴佩雯和青年副研究員王瑩為本文共同第一作者，羅小金研究員為通訊作者。上海市農科院曹黎明研究員團隊、已畢業碩士生朱瑜、博士生馬福盈等也參與了該項工作。本研究得到了上海市教委科研創新計劃重大項目、上海市東方英才（鄉村振興）拔尖人才項目和國家自然科學基金資助。