作为一种关键的植物激素，生长素在水稻的生长和发育以及产量形成过程中起着重要的作用。到目前为止，虽然已克隆了许多参与生长素信号通路并影响水稻粒型和粒重的基因，但这些基因之间的功能关系非常复杂，它们在水稻种群中的遗传多样性信息也尚不清楚。因此，和大多数已克隆的水稻基因一样，已知参与生长素信号通路基因难以应用于水稻的遗传改良，尤其是产量性状的改良。
JIPB近日发表复旦大学生命科学学院罗小金课题组联合中国农科院黎志康/张帆团队题为“Auxin signaling module OsSK41-OsIAA10-OsARF regulates grain yield traits in rice”的研究论文。该论文采用功能基因组和群体基因组研究相结合的方法，阐明了复杂的水稻产量性状是如何受生长素信号通路基因网络所调控，提出了OsIAA10通路调控水稻生长发育中复杂农艺性状机理的模型。
控水稻产量性状的OsIAA10信号通路基因网络和机制
该研究通过解析、验证参与OsIAA10通路上游的调控基因OsSK41和OsTIR1在其结构域II竞争性结合的功能关系，阐明了OsSK41磷酸化OsIAA10并延缓其降解，从而间接抑制了其下游转录激活因子OsARFs的活性及其调节的下游基因，进而实现对水稻产量性状的影响的分子机制。对基因编码区和启动子区域单倍型的分析揭示，除了OsARF11之外，参与OsIAA10通路的调控基因位点在水稻种群中存在丰富的功能多样性和主要的自然等位基因（单倍型组合），而这些基因位点上的多样性主要体现在籼稻和粳稻之间、不同水稻种群间、以及现代品种和农家品种间不同主要等位基因的频率差异，表明基因位点上的不同主要等位基因在以往进化和育种期间经历了明显不同的选择。这些结果暗示，未来设计育种中复杂性状的改良应聚焦于信号通路上调控基因，尤其是正向转录因子基因位点上“有利”等位基因的发掘、聚合和编辑改良。最终，本研究证明了功能基因组和群体基因组研究相结合的方法在复杂农艺性状分子剖析上的优势，也解释了为什么基于单个基因克隆和功能解析的大量水稻功能基因难以应用于育种实践的主要原因，即于信号通路中调控基因间功能关系及其位点上功能等位基因信息的缺乏。
复旦大学在读博士生马福盈、已毕业硕士生朱瑜和中国农科院张帆研究员为该论文的第一作者，罗小金教授、中国农科院黎志康研究员和张帆研究员为共同通讯作者。该研究得到上海市农业科学院曹黎明研究员、吴书俊研究员和浙江大学边红武教授的大力支持。该研究受到上海市教委科研创新计划项目、上海市科技创新行动计划项目以及国家自然科学基金的资助。
