Nat Commun|南京农业大学万建民团队发掘OsMYB4,破解水稻产量与品质协同改良难题

水稻胚乳是淀粉、贮藏蛋白的主要储存场所，二者直接决定千粒重、单株产量、垩白、食味等核心农艺性状，但长期存在“高产难优质、优质难增产”的性状拮抗现象，缺乏可同步调控储藏物质合成的核心调控基因。

近日，南京农业大学万建民、王益华、段二超团队在Nature Communications发表了题为The OsMYB4 transcription factor enables coordinated improvement of grain yield and quality in rice重要研究成果，系统揭示MYB类转录因子OsMYB4调控水稻籽粒发育的分子调控网络，发掘可同步提升水稻产量、改善稻米外观与营养品质的优异自然单倍型，为打破水稻产量与品质负相关的育种瓶颈提供关键基因资源与理论支撑。

该研究通过组织表达筛选锁定胚乳特异性转录因子OsMYB4，借助基因敲除、胚乳特异过表达等材料开展功能验证：敲除突变体籽粒垩白显著增多，淀粉、谷蛋白含量下降、千粒重降低；利用籽粒特异性启动子过表达OsMYB，可在不影响植株营养生长的前提下显著增大籽粒，大幅提升淀粉与贮藏蛋白积累、降低垩白，实现产量与外观品质协同优化。

研究证实OsMYB4定位于细胞核，具备自主转录激活能力；OsMYB4可直接结合淀粉、谷蛋白、蔗糖代谢关键基因启动子并激活其表达。同时OsMYB4能与OsNAC、OsNF-YB、bHLH144等多个已知胚乳调控转录因子形成蛋白复合物，协同增强下游基因转录活性；上游RISBZ1可直接激活OsMYB4表达，构建出层级化胚乳发育调控通路。

OsMYB编码区单氨基酸替换（丙氨酸突变为缬氨酸）形成功能分化两大单倍型：优势单倍型OsMYB4-Hap1蛋白DNA结合、互作能力更强，集中分布于粳稻；籼稻普遍携带功能偏弱Hap2。将Hap1导入籼稻9311后，千粒重显著上升、垩白率下降，籽粒蛋白含量同步提高。该基因在籼、粳独立驯化过程中受到人工正向选择，南北稻区存在明显地理分布差异。

该研究创新构建了RISBZ1-OsMYB4多因子协同调控储藏物质合成的完整分子通路，阐明编码区氨基酸变异调控蛋白功能新机制。挖掘的优良单倍型可应用分子标记辅助育种，基因编辑改造该位点也为高产优质籼稻培育开辟新路径，对保障优质水稻品种培育、提升稻米商品价值具有重要应用前景。    

中文为机翻仅供参考，以原文为准

The endosperm is the predominant storage organ for starch and storage proteins in cereal grains, which also determines both grain yield and quality.

胚乳是谷物籽粒中淀粉与贮藏蛋白的主要储存器官，同时决定籽粒的产量与品质。

Although key enzymes involved in the biosynthesis of starch and storage proteins have been identified, the underlying regulatory mechanisms remain largely obscure.

尽管淀粉、贮藏蛋白生物合成的关键酶类已被鉴定，但调控该过程的分子机制仍尚不清晰。

In this study, we identified OsMYB4, a MYB transcription factor, specifically expressed in rice (Oryza sativa L.) endosperm.

本研究鉴定出MYB家族转录因子OsMYB4，该基因在水稻胚乳中特异性表达。

Loss-of-function of OsMYB4 led to increased grain chalkiness, accompanied by reduced amylose and protein contents as well as decreased grain yield.

OsMYB4功能缺失会导致稻米垩白增多，同时直链淀粉、蛋白含量下降，籽粒产量降低。

OsMYB4 directly binds to the promoters of multiple genes involved in starch and storage protein synthesis to activate their transcription.

OsMYB4可直接结合多个淀粉、贮藏蛋白合成相关基因的启动子，激活这些基因的转录。

It also forms protein complexes with multiple transcription factors to synergistically regulate grain yield and quality.

它还能与多种转录因子形成蛋白复合体，协同调控籽粒产量与品质。

In addition, OsMYB4 was directly activated by RISBZ1, a key regulator of storage reserve accumulation.

此外，调控储藏物质积累的核心因子RISBZ1可直接激活OsMYB4。

Moreover, overexpression of OsMYB4 resulted in larger grains and enhanced yield.

同时，过表达OsMYB4能够使籽粒变大、产量提升。

Notably, natural variation analysis revealed that the beneficial haplotype OsMYB4-Hap1 is positively associated with increased grain weight and superior quality.

值得关注的是，自然变异分析表明优良单倍型OsMYB4-Hap1与粒重提升、品质优良显著正相关。

In conclusion, our results demonstrate the regulatory role of OsMYB4 for grain development, which provides valuable genetic resources for simultaneously improving grain yield and quality in rice.

综上，本研究阐明了OsMYB4对籽粒发育的调控功能，为同步改良水稻产量与品质提供了宝贵的基因资源。