8月18日，《美國科學院院刊（PNAS）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所聯(lián)合國內(nèi)多家單位完成的成果。該成果闡釋了谷子的 DPY1 作為油菜素內(nèi)酯信號的“剎車”基因調(diào)控葉片披垂與直立的分子機制，為禾本科作物株型研究提供了新思路。
據(jù)國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學家、作科所刁現(xiàn)民研究員介紹，葉片是植物光合作用和有機物合成的主要器官，與葉片形態(tài)建成相關的株型直接影響作物的種植密度及產(chǎn)量。作物育種過程中追求葉型直立緊湊，有利于密植條件下的光能有效利用。油菜素內(nèi)酯信號可以調(diào)節(jié)細胞伸長和分裂，但其影響葉片直立與下垂遺傳基礎的研究仍欠缺，制約禾谷類作物株型改良的效率和水平。
該研究利用谷子葉片嚴重披垂的突變體 dpy1 ，克隆了控制谷子葉片披垂的基因 DPY1 ，該基因編碼的DPY1蛋白激酶可以與油菜素內(nèi)酯共受體通過胞內(nèi)的激酶結(jié)構(gòu)互作，并競爭性地抑制油菜素內(nèi)酯受體與共受體間的互作水平，從而抑制早期油菜素內(nèi)酯信號的過度激活。 DPY1 作為“剎車”基因，通過以上過程促進細胞伸長和分裂，提高葉片的支撐力，從而使葉片趨向直立，且這種機制在玉米、水稻等禾本科作物中是保守和共享的。該研究揭示了禾谷類作物葉片堅實度的遺傳學基礎及其調(diào)控機制，為作物株型改良提供了新的基因資源及研究思路。同時，谷子及其野生種青狗尾草由于基因組小、高效轉(zhuǎn)化、生育期短，且易于實驗室培養(yǎng)操作，正在快速發(fā)展成為禾本科黍亞科和C4光合作用的模式植物。該研究必將促進谷子模式植物體系的發(fā)展，也鞏固了我國在谷子基礎研究中的國際領先地位。
該研究得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、河北省自然科學基金的資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/08/11/2002278117
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