近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，蛋白DLT與同源框蛋白OSH15形成蛋白復(fù)合物，靶向調(diào)節(jié)OsBRI1基因，并通過差異表達(dá)協(xié)調(diào)油菜素甾醇含量和信號來控制水稻不同莖節(jié)差異伸長的分子機(jī)制。7月5日，相關(guān)研究成果在《植物細(xì)胞（The Plant Cell）》在線發(fā)表。

 

　　據(jù)童紅寧研究員介紹，水稻莖通常由5-7個不同長度的可見節(jié)間組成，決定著水稻的株高、穗發(fā)育和抗倒伏能力，影響作物田間表現(xiàn)和實(shí)際產(chǎn)量。植物激素油菜素甾醇（BR）調(diào)控水稻等作物的葉夾角、株高及籽粒大小等重要農(nóng)藝性狀，在水稻中，典型的油菜素甾醇缺陷突變體通常表現(xiàn)為不同節(jié)間差異縮短的矮化模式。例如，BR受體基因OsBRI1突變體d61的不同等位，根據(jù)嚴(yán)重程度表現(xiàn)為第二莖節(jié)比例特異性縮短的dm型矮化，或除最上節(jié)外下部莖節(jié)特異性縮短的d6型矮化。這一現(xiàn)象暗示油菜素甾醇對水稻不同莖節(jié)的組織模式具有重要調(diào)控作用，但這一過程具體如何實(shí)現(xiàn)的還不清楚。

 

　　該研究利用團(tuán)隊(duì)前期鑒定的油菜素甾醇信號缺陷突變體dlt進(jìn)行大規(guī)模誘變，針對節(jié)間性狀對約2.5萬株突變體進(jìn)行篩選，分離出兩個d6型矮化突變體，發(fā)現(xiàn)兩突變體均攜帶d6型矮化奠基基因OSH15的等位突變。實(shí)驗(yàn)分析顯示DLT與OSH15在不同組織存在協(xié)同、上位及加性等多種遺傳效應(yīng)，兩蛋白共同調(diào)控大量基因的表達(dá)，并且調(diào)控數(shù)量和幅度在不同組織均具有差異。另一方面，分子實(shí)驗(yàn)證明OSH15可以與DLT形成復(fù)合體，且OSH15與DLT在最上節(jié)和下部莖節(jié)具有相反的表達(dá)模式，同時DLT以劑量依賴方式促進(jìn)OSH15對OsBRI1的直接激活效應(yīng)。值得注意的是，BR含量在突變體的幼穗和莖節(jié)中呈現(xiàn)了相反的變化趨勢，進(jìn)一步說明BR信號和BR合成之間的反饋調(diào)節(jié)作用在不同組織中也具有差異。該研究揭示了BR在協(xié)調(diào)不同莖節(jié)伸長過程中的重要作用，為水稻不同莖節(jié)長度的定制化分子設(shè)計提供了參考。這一工作得到期刊的高度評價，同期撰文評論道“該工作所鑒定的新的BR調(diào)控基因不僅可特異性地降低水稻某些莖節(jié)長度，而且能促進(jìn)籽粒大小，從而同時優(yōu)化作物株型和粒型，繼利用赤霉素相關(guān)基因改良株高所促成的第一次綠色革命之后，BR相關(guān)基因有望成為推動下一代綠色革命的重要突破口。”

 

　　作科所助理研究員牛梅和中科院遺傳發(fā)育所已畢業(yè)研究生汪鴻儒為論文共同第一作者，童紅寧研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、海南省崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室和中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程和基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目資助。

 

　　DLT和OSH15精細(xì)調(diào)控BR信號和代謝協(xié)調(diào)水稻不同莖節(jié)差異伸長

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koac196