近日，山西農業大學王拴鎖研究員、孔照勝研究員和中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東院士團隊在Molecular Plant在線發表了題為Dual repression of OsSnRK1β1A by the deubiquitinase OsOTUB1orchestrates energy metabolism and grain yield in rice的研究論文。該研究成功鑒定出水稻能量感應模塊OsOTUB1-OsSnRK1β1A，揭示了去泛素化酶OsOTUB1對OsSnRK1β1A的雙重調控機制，闡明了該模塊協同調控水稻能量代謝與產量的核心機理。在此基礎上，研究團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術適度上調OsSnRK1β1A表達，可顯著增加水稻穗粒數，實現產量提升。該基因為水稻高產分子設計育種提供了重要靶點。

水稻是保障全球糧食安全的核心主糧作物，其單穗粒數是決定產量的關鍵性狀。水稻穗部發育高度依賴碳水化合物的有效供給，能量代謝的分配效率直接影響穗分枝與籽粒灌漿過程。因此，解析能量代謝與生殖生長資源分配的協同調控機制，是突破水稻產量瓶頸的重要科學問題。前期的研究已證實去泛素化酶OsOTUB1是水稻理想株型的關鍵調控因子，其功能缺失突變體可顯著增加單穗粒數。然而，OsOTUB1調控水稻產量的下游分子通路及具體調控機制尚不清楚。

為解析OsOTUB1調控水稻產量的下游分子通路，研究團隊通過EMS誘變篩選獲得OsOTUB1突變體的抑制突變株系npt-s1，利用圖位克隆技術成功鎖定核心功能基因OsSnRK1β1A，該基因為水稻SnRK1能量感應復合體的β調控亞基。生物學功能驗證表明，OsSnRK1β1A正向調控單穗粒數，其過表達可帶來約8%的單株產量提升。與之相反，催化亞基OsSnRK1α1和OsSnRK1α2負調控單穗粒數，二者敲除可增加穗粒數，但雙敲除致死，表明其功能冗余且對植株存活至關重要。

機制上，OsSnRK1β1A通過N端豆蔻酰化修飾將OsSnRK1α1限制在細胞質中，阻斷其入核激活分解代謝基因。上游OsOTUB1則通過雙重機制抑制OsSnRK1β1A：一方面競爭性結合阻斷其與α亞基互作；另一方面通過K63鏈去泛素化促使其經26S蛋白酶體降解。該模塊受能量狀態動態調控，黑暗條件下OsOTUB1表達上調，加速OsSnRK1β1A降解；蔗糖抑制OsOTUB1表達，穩定OsSnRK1β1A蛋白水平。轉錄組分析鑒定了下游關鍵靶點（OsNiR1、OsKCS12、OsAGPL1、OsTPP6），證實該模塊通過重塑碳氮脂質代謝網絡，將資源優先配置于穗部發育。

此外，研究團隊鑒定到優異自然單倍型Hap2，其穗粒數顯著優于Hap1，近等基因系驗證證實其優勢源于氨基酸變異。在此基礎上，利用CRISPR/Cas9編輯啟動子中的CAREOSREP1和CCAAT-box元件，實現了OsSnRK1β1A的適度上調。田間試驗驗證表明，改良后的水稻種質穗部分枝數以及單穗粒數均顯著增加，產量明顯提升。

該研究從能量代謝與產量協同調控的全新視角，系統闡釋了OsOTUB1–OsSnRK1β1A模塊調控水稻穗部發育的分子機制，為理解作物能量感應與產量形成之間的耦合關系提供了新見解。同時，該模塊中關鍵靶點的鑒定及其啟動子編輯增產策略的成功驗證，為水稻高產分子設計育種提供了具有重要應用潛力的基因資源和技術路徑。研究團隊正進一步將該策略拓展至其他主糧和雜糧作物，探索能量感應網絡在作物增產中的普適性調控規律。

山西農業大學 后稷實驗室張露丹博士、期刊中心王鵬飛博士、已畢業碩士研究生李悅為共同第一作者。后稷實驗室王拴鎖研究員、中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東院士以及后稷實驗室孔照勝研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金面上項目、北京市自然科學基金面上項目、山西農業大學高層次引進人才科研啟動經費等項目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.06.007