国睿信配本科毕业于西南大学，博士毕业于中国农业大学，中国农大副教授以通讯作者身份发表Nature Communications

2025年10月6日，国际知名学术期刊《Nature Communications》在线发表了农学院李自超教授与张战营副教授团队题为“Natural variation of GNP2 enhances grain number to benefit rice yield”的研究论文。该研究系统解析了GNP2基因调控水稻每穗粒数的分子机制国睿信配，挖掘出可直接应用于育种的优良基因资源，为突破当前水稻产量瓶颈、保障全球粮食安全提供了关键技术支撑。

瞄准“每穗粒数”：直击水稻增产核心痛点

水稻作为全球近半数人口的主粮，其单位面积产量提升是保障粮食安全的核心议题。长期育种实践表明，“每穗粒数”是决定水稻单穗生产力的关键性状，直接影响单位面积产量。此前，团队已通过连锁分析、全基因组关联分析等技术，挖掘出GNP3、RGN1、MOG1、Gnp4/LAX2等多个穗粒数调控基因。为进一步找到不同环境下稳定发挥作用的调控位点，研究团队选取涵盖籼稻、粳稻、Aus等亚种的496份全球代表性水稻种质，分别在广西南宁（北纬22.8°，海拔82米）、云南玉溪（北纬24.4°，海拔1862米）两个气候与地理条件差异显著的区域开展田间试验，系统考察每穗粒数（GNP）表型变异。依托全基因组范围内开发的489万余个高质量单核苷酸多态性（SNP）标记，团队采用压缩混合线性模型进行关联分析，最终在两地共检测到19个与GNP相关的遗传位点，其中qGNP1和qGNP4a在双环境中稳定出现。通过连锁不平衡精细定位，团队将这两个位点分别锁定在1号染色体196.4kb、4号染色体450.2kb区间，并筛选出LOC_Os01g10840（命名为GNP2）、LOC_Os04g10260（命名为GNP5）两个关键候选基因。

解码分子机制：“三级调控模块”掌控穗粒发育

为验证GNP2与GNP5的功能，团队利用CRISPR/Cas9技术构建基因敲除突变体：在日本晴水稻背景下，gnp2突变体二次枝梗粒数显著减少，单株产量明显下降；gnp5突变体则呈现穗长缩短、二次枝梗粒数减少的相似表型；而两种基因的过表达株系国睿信配，均实现了二次枝梗粒数与每穗粒数的显著提升。进一步研究揭示了一条精准调控水稻穗发育的分子通路：GNP5作为含bZIP结构域的转录因子，可特异性结合GNP2启动子区的G-box（核心位点为S5779181），直接激活GNP2的转录表达；GNP2编码的GSK3/SHAGGY类激酶，又能通过磷酸化下游的Gnp4/LAX2蛋白（Thr175/Thr262为关键位点），显著延缓其降解速度，最终通过调控二次枝梗发育，协同决定水稻穗型与每穗粒数。这一“GNP5-GNP2-Gnp4/LAX2”核心调控模块的发现，为解析水稻穗粒数形成的分子网络提供了全新视角。

值得注意的是，团队在496份自然种质中发现，GNP2启动子S5779181位点的G等位基因（GNP2-Hap-G）可显著提升基因表达活性与每穗粒数，该优势变异在657份三亚独立种植群体中得到验证；GNP5则被划分为两种单倍型，其中GNP5-Hap1在多地试验中均表现出更高穗粒数。将二者进行单倍型组合分析发现，“GNP2-Hap-G+GNP5-Hap1”的I型组合，在籼稻、粳稻等各亚群中均呈现最高穗粒数，且该组合起源于野生稻，已在籼稻中广泛分布，但在粳稻中应用频率较低，为粳稻高产育种提供了重要改良空间。

田间验证显成效：小区增产约10%

为检验研究成果的育种应用价值，团队开展了系统的农艺性状评估与田间小区试验。结果显示：GNP2过表达株系在保持株高、粒型、千粒重稳定的前提下，一次分枝数、二次分枝数与分蘖数显著增加，单株产量提升18.4%-19.2%；GNP5过表达株系单株产量提升17.0%-20.3%；进一步的田间小区试验证实，GNP2过表达株系可实现10.3%-11.4%的产量提升，且未对其他关键农艺性状产生负面影响。此外，团队构建的近等基因系（NIL-Type ICX122）也验证了优势单倍型组合的增产效应：与劣势单倍型株系相比，其每穗粒数与单株产量显著提高，且粒型、粒重等性状保持稳定，证实该组合具备“协同增产且不牺牲品质”的优异特性。