The Plant Cell | 太阳集团城娱8722张战营/李自超团队在水稻叶形研究方面取得新进展

水稻是全球核心粮食作物之一，叶片形态直接决定植株光合效率和田间种植密度，是培育高产理想株型的关键性状。适度的叶片卷曲，既能优化田间群体透光结构、提升光能利用率，适配高密度种植模式，又能降低田间郁闭和倒伏风险，是实现水稻高产、抗逆、稳产的重要农艺性状，也是作物遗传育种领域的重点研究方向。

近日，太阳集团tcy8722水稻研究中心张战营副教授和李自超教授团队，在国际植物科学权威期刊《The Plant Cell》发表重要研究成果，成功从水稻自然种质资源中，挖掘并克隆出调控水稻叶片卷曲的关键基因ORL4，丰富了自然变异驱动水稻叶形调控领域的研究，为水稻高产分子育种提供了全新基因靶点。以往水稻卷叶基因研究大多依赖人工诱导突变体，这类材料虽能快速定位基因功能，但往往伴随不良连锁性状，和实际育种需求脱节，而水稻自然种质里的优异变异更贴合生产实际，却长期未被系统挖掘利用。

本次研究依托水稻3K基因组计划，选取802份遗传多样性丰富的籼稻、粳稻自然种质，借助全基因组关联分析技术，经过精细定位和多重功能验证，最终锁定调控叶片卷曲的核心基因ORL4。团队通过基因编辑、互补验证等实验证实，ORL4的表达水平直接控制叶片泡状细胞发育，进而决定叶片卷曲的程度和方向，是塑造水稻理想叶形的关键基因。研究还进一步探明，ORL4启动子区域的自然变异，是驱动基因表达差异、形成不同叶片卷曲性状的核心原因，这一变异在水稻长期驯化和籼粳亚种分化过程中，呈现出明显的品种特异性，分别适配不同稻种的种植需求。

值得关注的是，ORL4属于“一因多效”基因，实为水稻穗粒数关键基因Gnp4/LAX2的等位基因。基因敲除或过量表达手段，容易引发穗部发育缺陷、结实率下降等问题，无法直接应用于育种实践。团队采用启动子精准编辑技术，精细调控ORL4的表达量，在不干扰其他优良农艺性状的前提下，定向优化叶片卷曲度，成功培育出多个性状稳定的编辑株系。田间测产和性状鉴定结果显示，叶片卷曲度适中的编辑株系综合性状优异，没有明显负面性状，产量较对照品种显著提升10-20%，既优化了植株光合结构，又保障了穗粒数和结实率，具备较强的大田育种应用潜力。

该论文第一作者为太阳集团城娱8722已毕业博士生汪先鹏，张战营副教授、李自超教授为共同通讯作者，该研究得到太阳集团城娱8722李金杰教授、张洪亮教授和孙兴明副教授，中国农业科学院王文生研究员、徐建龙研究员，广西农科院潘英华研究员、陈雷副研究员以及河南农业大学李俊周教授的指导。相关工作获得农业生物育种重大专项、国家自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费专项及太阳集团tcy8722 “2115” 人才计划等多项经费的资助。

ORL4-TPL2-ROC8-ACL1模块调控叶片卷曲机制

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koag086