谷粒大小是决定水稻产量及品质的重要因素之一。最近，华中农业大学张启发院士课题组在谷粒大小和粒型的调控研究方面取得重大进展。本周出版的《美国科学院院刊》（PNAS）发表了该组研究论文，证实水稻中GS3基因控制水稻籽粒大小，发现了该基因中控制籽粒大小的关键区域OSR（Organ Size Regulation）。
据文章第一作者、生科院博士生茆海亮介绍，张启发课题组从1997年开始对控制水稻粒形基因GS3研究，直到2006年找到这个基因，历时9年。在此基础之上，该组进一步证实GS3是调控谷粒大小的主要基因，揭示了基因所编码蛋白的结构与功能之间的关系。他们发现该基因编码的蛋白存在相互对抗的前后两个部分，其中前一段（N-端）是控制粒形的关键区域，即OSR，后一段（C-端）对OSR的功能有抑制作用，GS3蛋白内首尾两部分之间的“博弈”最终决定籽粒的大小。研究结果表明，没有GS3蛋白的品种的稻谷为长粒型（长度约10毫米），含有完整GS3蛋白的水稻品种粒型中等（约8毫米），而只有OSR的水稻品种的谷粒为短粒（约6毫米）。
研究还发现，几乎所有优良粳稻品种都带有完整的GS3蛋白，表现为中等粒型，优良长粒型籼稻品种的GS3蛋白无功能，通过对该基因的导入和替换，能有效地改变水稻品种的粒型。
茆海亮还提到，他们在玉米、大麦、大豆等其他物种中也发现了GS3同源的基因，并且OSR在这些同源基因中都存在，说明这些基因有可能也控制着相应物种种子大小。因此该研究成果在品种改良中将有着重大应用前景。该基因变异可作为分子标记直接应用于水稻籽粒大小的选育，提高水稻的产量。另外，根据水稻的研究信息，可以对其他物种的GS3同源基因进行克隆，从而指导相应物种的品种改良。
