提高作物产量是粮食安全和农业可持续发展的重要保障。种子大小影响了作物产量和品质，因此解析种子大小调控的分子遗传机制，将为作物高产优质育种提供重要理论基础和基因资源。籼稻品种种子通常细长，而粳稻品种种子常常宽圆。缺失功能的GS3优良等位变异主要决定了籼稻的长粒表型，水稻育种家已广泛应用该等位变异改良水稻粒长。GS3是水稻中克隆的第一个调控粒型的主效QTL基因，编码一个非典型的Gγ亚基。GS3的C端富含半胱氨酸，对N端具有抑制作用，且其受到泛素化调控。GS3可以抑制Gβ和Gγ的互作，从而抑制粒长。然而，GS3如何抑制Gβ和Gγ的互作，GS3的活性是否受到调控等目前仍不清楚。

    近日，海洋之神APP官网李云海团队在The EMBO Journal发表了题为Redox regulation of G protein oligomerization and signaling by glutaredoxin WG1 controls grain size in rice的研究论文，揭示了GS3主要通过其C端的分子间二硫键形成多聚体调控水稻粒长，而谷氧还蛋白WG1通过还原该二硫键的方式减少GS3的多聚化程度，从而降低水稻粒长的分子机制。该研究发现，GS3含有活性半胱氨酸，自身可以体内体外互作并通过分子间二硫键形成二聚体和多聚体，且该过程主要发生在细胞质中。其多聚化状态可受到氧化还原调控。多聚化的GS3则表现出与Gβ（RGB1）较弱的互作能力，从而减弱了其对粒长的抑制作用。谷氧还蛋白是一类小分子的氧化还原酶，可以还原蛋白分子间的二硫键。李云海团队前期发现谷氧还蛋白WG1/OsGRX8是水稻种子大小调控的重要因子(Hao, et al., Molecular Plant 2021)。该研究揭示WG1可以与GS3直接互作，并且能够还原GS3分子间的二硫键从而降低其多聚化程度，增加了GS3对RGB1的结合能力，进而增加了GS3对粒长的抑制作用。进一步研究表明GS3的富含半胱氨酸C端对于其多聚化具有决定性作用。遗传学证据也表明，WG1和GS3位于同一遗传通路调控粒长。

    总之，该研究揭示了G蛋白信号通路和氧化还原调控互作的新机制，首次阐明了WG1发挥氧化还原活性调控种子大小的机制和氧化还原修饰对GS3功能的动态调控作用（图1），研究不仅为GS3的C端对其蛋白功能的影响提供了新的分子解释，而且理论上可通过基因编辑等技术靶向修饰GS3的C端结构域，实现对水稻粒长的精准调控，为高产优质分子设计育种开辟了新路径。

    该研究成果于2025年5月19日在线发表于The EMBO Journal杂志（https://doi.org/10.1038/s44318-025-00462-9）。李云海团队在读博士生刘利杰和助理研究员郝建琴为论文的共同第一作者，李云海研究员为通讯作者。该研究得到了农业农村部重大专项等项目资助。

 

 

图1. WG1-GS3途径调控粒长的分子机制图