面对全球粮食需求持续增长的挑战，水稻作为世界上最重要的粮食作物之一，其产量提升始终是遗传育种研究领域的关键命题。如何在提升产量的同时实现品质改良，已成为当前育种研究中迫切需要突破的瓶颈。

农学院李自超教授团队长期致力于水稻遗传育种领域的创新探索。7月2日，国际权威期刊Nature Communications发表了题为” Natural variation in GNP3 determines grain number and grain yield in rice “的研究论文。该研究鉴定了一个水稻穗粒数和产量正调控因子GNP3（Grain Number per Panicle 3），揭示了GNP3 基因通过调控乙烯合成影响水稻穗粒数的分子机制，并发现自然变异单倍型 GNP3Hap-T 可显著提升水稻产量。

GNP3基因：穗粒数调控的“分子开关” 

研究团队通过全基因组关联分析与图位克隆技术，从自然稻种资源中鉴定出了一个新的水稻穗粒数调控基因GNP3，其编码的OsMKKK22蛋白激酶可通过磷酸化SAMS1蛋白促进其降解，进而抑制乙烯合成，最终使每穗粒数显著增加。过表达GNP3的水稻株系田间产量提升18.4%-23.7%，同时稻米垩白度降低，实现“高产+优质”双重提升。 

水稻穗粒数GWAS分析及GNP3功能验证

自然变异单倍型GNP3Hap-T：籼稻育种的理想靶标 

进一步研究发现，籼稻中普遍存在的GNP3Hap-T单倍型因关键碱基变异（S28274865），使得其编码蛋白与SAMS1的结合力及磷酸化效率显著增强，能更高效抑制乙烯合成。携带GNP3Hap-T的近等基因系株系穗粒数较对照显著提升，为籼稻高产育种提供了精准分子靶标。

 GNP3Hap-T优异自然变异等位基因

从机制解析到育种应用：为粮食安全提供科技支撑 

该研究揭示了“GNP3-SAMS1”介导的乙烯合成通路对穗粒数的调控机制，不仅为解析植物激素与产量性状的互作提供了新范式，更通过自然变异挖掘获得了兼具增产与提质效应的优异基因资源。基于GNP3Hap-T的分子设计育种有望加速培育“高产、优质”的水稻新品种，为应对全球粮食挑战提供关键技术支撑。 

GNP3作用机制模式图

中国农业大学已毕业博士马志奇和明宇航为论文共同第一作者，农学院张战营副教授为通讯作者。感谢丁杨林教授、张明才教授和张钰石副教授在研究过程中提供的大力指导与帮助。该研究获得国家重点研发计划、农业生物育种重大专项、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费及中国农业大学2115人才培育发展支持计划等项目资助。

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团队简介：农学院李自超教授领衔的水稻种质资源、基因组学与分子育种研究室（Laboratory of Rice Germplasm, Genetics, and Molecular Breeding, RGGMB）利用核心种质培育的水稻微核心种质及其衍生的巢式关联作图（MCC-NAM，Mini Core Collection based Nested Association Mapping）群体，长期从事水稻种质资源的优异基因挖掘与育种价值评价工作。近五年来，该团队共主持国家自然科学基金8项，在Nature Communications（5篇），Molecular Plant，Genome Biology，Plant Biotechnology Journal 等期刊发表论文30余篇，审定旱稻新品种2个。作为MCC-NAM群体的创制单位，联合北京康普森生物技术有限公司和广西农业科学院发起并牵头成立了稻种资源优异基因发掘与利用共享联盟，集学术与产业界之合力，聚力于为稻种资源创新与利用的研发增速提质，打造水稻种业产业发展的核心竞争力，服务“藏粮于地、藏粮于技，保障粮食安全”的国家重大需求。