水稻是重要的糧食作物。分蘗作為著生稻穗的特殊分枝，是決定水稻產(chǎn)量的核心要素之一。解析水稻分蘗形成的分子機(jī)理具有科學(xué)意義，在水稻株型改良和品種設(shè)計(jì)方面具有應(yīng)用價(jià)值。獨(dú)腳金內(nèi)酯（Strigolactone，SL）是一種新型植物激素，通過抑制側(cè)芽伸長負(fù)調(diào)控水稻的分蘗數(shù)目。脫落酸（Abscisic acid，ABA）是另外一種主要的植物激素，在植物響應(yīng)非生物和生物脅迫過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時(shí)能夠抑制種子萌發(fā)及側(cè)枝的生長。SL和ABA的合成途徑均起源于類胡蘿卜素合成途徑，all-trans-β-carotene是它們的共同前體，但是SL與ABA之間是否存在協(xié)同調(diào)控尚不清楚。
中國科學(xué)院院士、中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李家洋研究團(tuán)隊(duì)長期從事高等植物株型建成的分子機(jī)理研究，系統(tǒng)深入研究水稻分蘗的調(diào)控機(jī)制。近期，研究人員鑒定出一個(gè)新的水稻矮生多分蘗突變體tillering 20（t20），并發(fā)現(xiàn)T20編碼類胡蘿卜素合成途徑的關(guān)鍵酶15-cis-ζ-carotene isomerase（Z-ISO）參與SL和ABA合成的協(xié)同調(diào)控。t20突變體中類胡蘿卜素合成代謝受到抑制，SL和ABA含量均顯著降低。
研究發(fā)現(xiàn)，SL與ABA之間存在相互調(diào)控關(guān)系。SL信號(hào)途徑能夠上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子編碼基因OsHOX12的表達(dá)，進(jìn)而提高ABA合成關(guān)鍵基因OsNCED1的表達(dá)水平，促進(jìn)莖基部ABA的合成，可能是SL抑制側(cè)芽伸長的重要機(jī)制；而ABA通過下調(diào)SL合成關(guān)鍵基因D10和D27的表達(dá)，造成SL含量降低，說明ABA抑制SL合成。兩種激素分別負(fù)責(zé)在不同部位調(diào)控水稻分蘗，即SL主要抑制水稻莖基部分蘗的形成，而ABA對水稻高節(jié)位分蘗的形成發(fā)揮抑制作用。在水稻生產(chǎn)中，通過曬田等方式促進(jìn)ABA產(chǎn)生，能夠有效減少高節(jié)位的無效分蘗，提高水稻產(chǎn)量。該研究發(fā)現(xiàn)SL與ABA合成及信號(hào)途徑緊密偶聯(lián)進(jìn)而協(xié)同調(diào)控水稻分蘗發(fā)育的分子機(jī)制，對培育高產(chǎn)耐逆水稻具有指導(dǎo)意義，是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重要進(jìn)展。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Molecular Plant上。李家洋研究團(tuán)隊(duì)已畢業(yè)博士研究生劉學(xué)、博士生胡慶亮和植物激素平臺(tái)博士閆吉軍為論文的共同第一作者，李家洋研究團(tuán)隊(duì)副研究員王冰和植物激素平臺(tái)博士褚金芳為論文的共同通訊作者。遺傳發(fā)育所研究員王永紅和儲(chǔ)成才、澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)教授Steven M. Smith，以及浙江大學(xué)教授吳殿星參與該研究。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)、中科院國際人才計(jì)劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的資助。
SL和ABA協(xié)同調(diào)控水稻分蘗的分子機(jī)制
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