遺傳發(fā)育所揭示水稻株高與分蘗協(xié)同調(diào)控的分子機(jī)理

　　株高和分蘗是影響水稻株型和產(chǎn)量的核心要素。分蘗數(shù)直接影響有效穗數(shù)，因此對(duì)水稻產(chǎn)量的形成具有重要影響。株高能夠直接影響作物的耐肥性和抗倒伏性，矮化育種推動(dòng)了第一次“綠色革命”的發(fā)生。水稻的株高與分蘗通常存在一種負(fù)相關(guān)的關(guān)系，株高高的水稻一般分蘗較少，而株高矮的水稻一般分蘗較多。赤霉素是影響水稻株高的主要激素之一。生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)水稻秧苗噴施適宜濃度的GA合成抑制劑多效唑，可以使秧苗矮化，促進(jìn)分蘗的增加。然而，人們對(duì)赤霉素如何協(xié)同調(diào)控水稻株高與分蘗的分子機(jī)理仍不清楚。解析水稻株高與分蘗協(xié)同調(diào)控的分子機(jī)理具有重要的科學(xué)意義與理論價(jià)值，對(duì)水稻株型改良及品種設(shè)計(jì)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

 

　　中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李家洋研究組長(zhǎng)期致力于對(duì)水稻株型調(diào)控機(jī)制的解析，克隆了調(diào)控水稻分蘗形成的首個(gè)關(guān)鍵基因MOC1（Monoculm 1）（Li et al., Nature, 422: 618-621, 2003）及其調(diào)控基因TAD1 （Tillering and Dwarf 1）（Xu et al., Nat Commun, 3: 750, 2012）。近期，李家洋研究組在水稻株高與分蘗協(xié)同調(diào)控的分子機(jī)理研究中取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)GA缺陷突變體分蘗數(shù)的增加是由于促進(jìn)分蘗芽的伸長(zhǎng)而非影響分蘗芽的起始導(dǎo)致的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)GA信號(hào)通路中的關(guān)鍵抑制因子DELLA蛋白SLR1可以直接與MOC1蛋白發(fā)生相互作用。SLR1能夠通過抑制MOC1蛋白的降解從而促進(jìn)分蘗的伸長(zhǎng)。GA處理后，SLR1蛋白降解，進(jìn)而無法抑制MOC1蛋白的降解，導(dǎo)致MOC1蛋白減少，植株表現(xiàn)出株高增加、分蘗數(shù)減少的表型。研究還發(fā)現(xiàn)SLR1對(duì)MOC1的抑制效應(yīng)并不依賴于TAD1途徑，且GA信號(hào)對(duì)株高和分蘗的調(diào)控分別影響不同的下游基因，為打破株高與分蘗的連鎖效應(yīng)提供了可能性，從而為分子設(shè)計(jì)育種提供理論基礎(chǔ)。該研究解析了赤霉素信號(hào)協(xié)同調(diào)控水稻株高與分蘗的分子機(jī)理，是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重要進(jìn)展。

 

　　該論文于6月21日在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications，DOI:10.1038/s41467-019-10667-2），李家洋研究組已畢業(yè)的博士研究生廖志剛和副研究員余泓為該文章的共同第一作者，李家洋為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部等的資助。

　　圖：水稻株高與分蘗協(xié)同調(diào)控的分子機(jī)理