科学家破解“无胚水稻”之谜 有望提升精米产量与耐储性_风闻

胚和胚乳是水稻种子两个主要组成部分。在稻谷加工成精米的过程中，胚会被动脱落。

无胚水稻因其胚所占的空间被胚乳填充，在提升精米产量和耐储品质方面展现出巨大潜力。然而其形成的遗传基础和分子机制未被揭示，限制了其在育种中的应用。

中国科学院东北地理与农业生态研究所等破解了“无胚”水稻形成之谜，对培育兼具高精米产量和耐储存品质的水稻种质具有重要作用。

01

揭示无胚水稻形成机制

研究团队发现了水稻无胚性状的关键调控基因OsBZR4。在不同栽培品种中突变该基因，均可产生60%至100%的无胚种子。在这些无胚种子中，原本由胚占据的空腔被胚乳组织完全填充。

▲OsBZR4功能缺失突变体产生无胚种子

进一步研究发现，OsBZR4作为一种转录抑制因子，通过同时抑制生长素合成基因与运输基因表达，来维持胚发育所需的生长素稳态。

在OsBZR4功能缺失突变体中，这种稳态被打破，导致种子在早期发育阶段中生长素过度积累与分布异常，从而抑制胚的发育，最终产生无胚种子。

▲OsBZR4功能缺失导致种子中生长素合成和分布异常

02

温度调控无胚表型

OsBZR4功能缺失突变体的无胚表型具有明显的温度敏感性。在高温（32°C）条件下，其无胚率超过90%，而在低温（22°C）条件下，其无胚率则降至约42%。这一现象暗示，存在一个感受温度并调控胚发育的信号通路。

深入研究显示，高温能够诱导植物光敏色素互作因子（PIF）家族基因OsPIL13的表达，而OsPIL13又能激活生长素合成基因YUC4的表达，从而加剧OsBZR4功能缺失突变体中生长素的过度积累，最终导致产生更高比例的无胚种子。

▲OsBZR4功能缺失突变体的温度调控机制

这一发现首次将温度信号、OsPIL13、生长素和胚发育联系在一起，构建了一个完整的作用模型。

03

育种应用潜力显著

研究团队将OsBZR4功能缺失等位突变导入优质粳稻品种“中嘉10”和“中嘉11”。结果显示，这两个新品系的农艺性状与野生型相当，而精米率分别提高了2.52%和2.57%。

由于水稻的脂质主要储存在胚中，无胚糙米的脂质含量显著降低。这极大地延缓了水稻在储存期间因脂质氧化酸败而导致的陈化现象。

加速老化实验表明，OsBZR4功能缺失突变体的货架期比普通米延长了约一倍。这种“一石二鸟”的优异特性，证明了OsBZR4基因在水稻育种中巨大的应用潜力。

▲OsBZR4功能缺失突变体提高水稻精米率和耐储性

这项工作不仅填补了水稻无胚性状分子机制研究领域的空白，更为水稻育种提供了极具价值的基因资源。

利用OsBZR4功能缺失突变体的温度敏感特性，未来有望开发出“温敏无胚”育种系统：在相对低温条件下产生高比例正常胚种子用于繁殖；而在高温条件下产生高比例无胚种子用于粮食生产，推动水稻生产技术的革新。

该基因的应用有望协同提升水稻的精米产量和耐储性，为保障粮食安全和提升稻米品质提供新的有效途径。

▲OsBZR4调控水稻胚发育作用模式图

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-62262-3

来源：中国科学院东北地理与农业生态研究所