水稻是全球超过一半人口的主食，随着人口的增长和农业用地的减少，提高水稻产量成为当务之急。水稻产量受株型、穗型和粒型等多性状综合影响，这些性状由复杂的调控网络控制。然而，这些农艺及产量性状往往是此消彼长的，寻找协同调控各个性状、提升最终产量的核心基因至关重要。另外，为了进一步提高产量，需要解析影响主要产量相关成分的复杂遗传网络，突破产量性状之间的耦合瓶颈，实现协同改良。
2025年2月19日，罗小金课题组在Plant Biotechnology Journal杂志上发表了题为“OsMAPKKK5 Affects Brassinosteroid Signal Transduction via Phosphorylating OsBSK1-1 and Regulates Rice Plant Architecture and Yield”的研究论文。该研究揭示了OsMAPKKK5通过磷酸化水稻油菜素内酯（BR）信号细胞膜受体OsBSK1-1，抑制BR信号传导，从而调控水稻株型和产量的分子遗传机制。
研究团队前期挖掘到一个产量相关基因OsMAPKKK5。利用CRISPR/Cas9技术敲除了水稻品种Bing1B中的OsMAPKKK5基因，发现敲除株系的水稻株高、分蘖数、单株产量和籽粒大小均显著增加。而OsMAPKKK5过表达水稻株系的表型相反，表明OsMAPKKK5在水稻株型和籽粒发育中起到了负调控作用。
通过体内、体外的蛋白免疫实验，研究团队证实了OsMAPKKK5与OsBSK1-1之间直接相互作用。进一步的研究表明，OsMAPKKK5通过磷酸化OsBSK1-1，增强了二者之间的相互作用，但削弱了OsBSK1-1与OsBRI1（水稻BR信号起始受体）和OsPPKL1（水稻BR信号中间激酶）之间的相互作用，从而抑制了BR信号的传导，最终阻止了OsBZR1（水稻BR信号终端转录因子）在BR的作用下进入细胞核的过程，进而影响了其作为转录因子调控下游基因的功能。该研究报道了OsMAPKKK5通过调控BR信号通路影响水稻株型和产量的分子机制，揭示了MAPK级联与BR信号通路共同参与产量性状调控的协调机制；通过敲除或利用功能缺失的OsMAPKKK5等位基因，有望进一步改良水稻的产量和株型，为水稻高产育种提供了理论依据和基因资源。
图注：OsMAPKKK5和OsBSK1-1调控水稻株高和产量性状的分子机制
复旦大学生命科学学院博士生严佩雯和青年副研究员王莹为本文共同第一作者，罗小金研究员为通讯作者。上海市农科院曹黎明研究员团队、已毕业硕士生朱瑜、博士生马福盈等也参与了该项工作。本研究得到了上海市教委科研创新计划重大项目、上海市东方英才（乡村振兴）拔尖人才项目和国家自然科学基金资助。