Nature Genetics

     大米上白色的部分（称为“垩白”）会影响米的外观、加工和口感。而种子活力则关系到种子发芽是否整齐、幼苗是否健壮。一直以来人们注意到，粳稻（如东北大米）垩白少但发芽慢，而籼稻（如南方杂交稻）垩白多但发芽快，但这两者之间为什么存在这种关联，原因并不清楚。

     北京时间2025年12月15日，南京农业大学万建民院士团队在《自然—遗传学》（Nature Genetics）上在线发表论文。研究团队鉴定到一个调控稻米垩白的关键基因OsTPS8，其编码海藻糖-6-磷酸合酶，深入解析了OsTPS8通过影响海藻糖-6-磷酸（Tre6P）合成，协同调控垩白形成与种子萌发的分子机制。

万建民院士团队在《Nature Genetics》发表研究成果

破解水稻

生存策略基因密码

     “OsTPS8基因就像一个‘中央调度员’，在水稻灌浆的关键时期开始活跃。它的主要作用是调控一种名为海藻糖-6-磷酸（Tre6P）的信号分子。我们可以把Tre6P比作一个‘籽粒智能调节器’。当水稻灌浆时，如果OsTPS8这个‘调度员’很活跃，就会抑制Tre6P的合成。低水平的Tre6P会‘下达指令’，提高淀粉酶的产量，加速淀粉分解。这个过程一方面会导致垩白形成。但另一方面，高活性的淀粉酶也为种子萌发储备了充足能量，从而提高了种子活力。这其实是水稻在漫长进化中形成的一种生存策略：在环境不确定时，优先保障后代种子的生存能力，哪怕暂时牺牲一些外观品质（如形成垩白）。我们的研究，就是破解了这个策略背后的基因密码。”农学院副院长王益华教授解释说。

图1 qPGWC-8/OsTPS8 的图位克隆与转基因验证

    早在2002年，研究团队从Asominori/IR24的染色体片段置换系中筛选获得一份高垩白株系C50，构建遗传分离群体，在水稻第8号染色体上定位到一个控制垩白的主效QTL qPGWC-8，进一步图位克隆和转基因验证证实调控垩白的基因是OsTPS8，其编码为海藻糖-6-磷酸合成酶。研究发现，OsTPS8可与OsTPS1蛋白互作，抑制OsTPS1酶活性，从而降低胚乳中海藻糖-6-磷酸（Tre6P）的水平，进而降低对下游OsMYBS1转录因子及α-淀粉酶基因表达的抑制效应，发育胚乳中α-淀粉酶活性增加，促进胚乳淀粉降解，导致垩白形成。

     研究团队在OsTPS8启动子区鉴定到一个功能性SNP自然变异，影响了转录因子OsbHLH001对其的结合能力，从而造成OsTPS8在籼稻与粳稻中表达水平的差异。根据该自然变异，研究人员将OsTPS8划分为OsTPS8ASO和OsTPS8IR24两种单倍型，粳稻中保留了与野生稻一致的OsTPS8ASO单倍型，而OsTPS8IR24单倍型则在籼稻驯化过程中被优先选择。研究发现携带OsTPS8IR24单倍型的种子（主要是籼稻）α-淀粉酶活性高萌发快，这可能是OsTPS8IR24单倍型在籼稻中被驯化选择的动力。

图2 OsTPS8IR24单倍型因高种子活力在籼稻中被驯化选择

驱动驯化的，

往往是植物本身最原始的生存优势

     “这个发现非常有趣，它让我们对‘驯化’有了更深的理解。我们一开始研究的垩白，是人类定义的‘品质性状’，我们以为它的优劣是驯化的目标。但基因分析却显示，OsTPS8在籼稻中被选择，并不是因为人类喜欢高垩白。事实上恰恰相反，它被选择是因为它连带的高种子活力特性，更适应低纬度地区高温高湿的环境，能保证种子快速、整齐地萌发。这给我们上了生动的一课：驱动驯化的，往往是植物本身最原始的生存优势，而不是人类附加的审美或偏好。人类是在‘借用’这些生存优势的同时，再通过其他基因的选育，慢慢改良掉像高垩白这样的‘副作用’。”王益华补充道。

图3 OsTPS8差异化调控籽粒垩白度与种子活力

    该研究首次揭示了“OsbHLH001–OsTPS8–Tre6P–OsMYBS1–α-淀粉酶”信号级联通路，系统阐释了OsTPS8如何通过调控Tre6P信号分子的水平，差异化调控稻米垩白和种子活力。

首次完整揭示同一基因

如何影响大米外观和种子活力

     这项研究的最大意义在于，它首次完整地揭示了同一个基因如何同时影响大米外观和种子活力，解开了长期以来的谜团。这为未来的水稻育种指明了新方向：科学家们可以更有目标地调整调控这个基因，从而培育出既好看（垩白少）、又容易出苗（活力高）的优良水稻品种。

     南京农业大学博士生陈小丽（已毕业）和蒋小康、中国农业科学院作物科学研究所任玉龙研究员、南京农业大学董慧教授和王益华教授为论文的共同第一作者，万建民院士、王益华教授与王海洋教授为本文的通讯作者。中国农科院作物科学研究所郑晓明研究员、南京农业大学生科院鲍依群教授和团队成员段二超、滕烜、王云龙等老师也参与了该项工作。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目、中国农科院科技创新工程和南京农业大学中央高校基本科研业务费等项目资助。

来源丨农学院

文字丨王益华、陈小丽、夏文燕、武昕宇

编辑丨武昕宇

责任编辑丨武昕宇

校对丨王爽

审核丨许天颖