小麥作為三大糧食作物之一，提高其產量對解決糧食短缺問題極為重要。轉錄因子在作物發育基因的表達調控中發揮著重要作用。近日，小麥研究所王際睿教授團隊揭示了bHLH轉錄因子PGS1調控下游PLATZ蛋白Fl3影響作物種子大小和重量的機制，對提高谷物產量具有重要作用。相關研究成果發表在國際知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF=9.803）上。
課題組從2015年開始，對小麥轉錄因子家族進行全基因組分析，并針對其中兩個影響種子發育較為突出的轉錄因子家族深入分析，發掘出種子特異表達，潛在的調控種子發育的候選基因（TaPGS1），最后進行基因功能驗證。
本研究中，TaPGS1在花后5～20天種子特異性表達，并導致籽粒增大且重量增加（小麥最高增加13.81%、水稻最高增加18.55%），碳水化合物和總蛋白質水平也同時增加。胚乳掃描電鏡結果表明，TaPGS1過表達小麥和水稻胚乳中淀粉粒較小且緊密嵌在蛋白質之間的間隙中，而株高、穗長、有效穗數和穗粒數等表型在過表達該基因的轉基因株系中與野生型相比均無明顯差異。TaPGS1直接與小麥、水稻中的PLATZ轉錄因子TaFl3和OsFl3基因啟動子區域的E-box序列結合，積極調控他們在小麥和水稻中的表達，該基因與玉米調控胚乳發育的PLATZ轉錄因子基因ZmFl3同源。運用CRISPR/Cas9敲除水稻OsFl3，敲除株系平均千粒重、粒寬和粒長均顯著下降，而胚乳結構也松散且多空隙，這恰好與TaPGS1的過表達株系表型相反，這進一步證明PGS1通過調控Fl3影響種子的生長發育，進而影響谷物產量。綜上，該工作為闡明bHLH和PLATZ轉錄因子在籽粒發育過程中的潛在功能提供了依據，對提高谷物產量具有重要作用。
本研究得到了國家重點研發計劃“政府間國際科技創新合作/港澳臺科技創新合作”重點專項、國家自然科學基金等項目的資助。
