2018年3月20日生科院植物所刘建祥教授以最后通讯作者身份在《分子植物》（Molecular Plant）上在线发表题为“A Novel QTL qTGW3 Encodes the GSK3/SHAGGY-LikeKinase OsGSK5/OsSK41 that Interacts with OsARF4 toNegatively Regulate Grain Size and Weight in Rice”的研究论文，解析水稻籽粒发育调控的分子机制。该论文报道通过QTL定位克隆鉴定了一个控制水稻籽粒长度和千粒重的基因，编码一个GSK3家族的蛋白激酶OsSK41。进一步研究揭示 OsSK41与OsARF4相互作用并磷酸化OsARF4，调控该蛋白的积累水平和转录抑制活性，影响籽粒发育过程中生长素响应基因的表达。通过基因编辑技术和QTL聚合手段可明显提高水稻的籽粒大小和重量，显示出该基因位点在水稻分子模块设计育种中的应用潜力。
作为重要的粮食作物之一，水稻养活了全世界一半以上人口。水稻产量的构成因素主要由有效分蘖数、每穗粒数和千粒重组成，千粒重主要由籽粒大小（粒长、粒宽和粒厚）决定。目前中外科学家已克隆了一些控制水稻粒长、粒宽和千粒重的QTL和基因，对高产水稻育种具有重要的促进作用，但调控水稻籽粒发育的分子机理有待更深入的研究。
刘建祥课题组与复旦大学罗小金课题组合作，利用自然变异的水稻材料定位到一个控制水稻籽粒大小和千粒重的QTL，qTGW3，编码一个GSK3/SHAGGY-Like家族的蛋白激酶OsGSK5/OsSK41。该蛋白的功能缺失可增加水稻粒长和千粒重，但不影响株高等其他农艺性状。进一步研究发现并证明 OsSK41与OsARF4相互作用并磷酸化OsARF4。OsARF4是植物生长素途径中的转录抑制因子，该蛋白的功能缺失同样可以增加水稻粒长。OsSK41与OsARF4共表达可增强OsARF4的转录抑制功能，抑制生长素下游基因的表达。qTGW3位点OsSK41功能缺失突变在现有育种材料和生产品种中出现的频率较低，说明该基因位点目前还没有被广泛利用。通过定点基因编辑以及与其它QTL聚合，发现qTGW3/OsSK41位点在提高水稻籽粒大小和产量方面有较高的育种价值。罗小金课题组的博士生胡泽军、刘建祥课题组的陆孙杰博士和博士生王梅敬为该论文的共同第一作者，刘建祥教授和罗小金教授为论文的共同通讯作者。江西农业大学的贺浩华教授、中科院遗传发育所的储存才研究员、中科院植生所薛红卫研究员等也参与了该项工作。该研究得到国家科技部、国家自然科学基金委和上海市科委等项目的资助。
