自然界中，禾本科作物通常存在兩種分枝策略：?jiǎn)味捇蛏俜痔Y的強(qiáng)頂端優(yōu)勢(shì)，如玉米、高粱等；主莖與分蘗無(wú)顯著差別的弱頂端優(yōu)勢(shì)，如小麥、水稻等。兩種分枝類型都是影響作物產(chǎn)量的重要因素。研究表明，TCP轉(zhuǎn)錄因子TB1（TEOSINTE BRANCHED 1）是決定栽培玉米強(qiáng)頂端優(yōu)勢(shì)的重要因子。然而，決定水稻等弱頂端優(yōu)勢(shì)的因子尚不清楚。
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員陳凡研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)水稻研究所研究員朱旭東研究組合作，發(fā)現(xiàn)OsWUS在水稻弱頂端優(yōu)勢(shì)中發(fā)揮重要功能。OsWUS，也稱MOC3/TAB1/SRT1（MONOCULM3/TILLERS ABSENT1/STERILE AND REDUCED TILLERING1），是擬南芥分生組織干細(xì)胞維持關(guān)鍵基因WUS（WUSCHEL）在水稻中的同源基因，對(duì)水稻分蘗芽的形成和生長(zhǎng)有重要作用。研究團(tuán)隊(duì)在前期分離得到一個(gè)OsWUS功能缺失突變體dc1（decreased culm number 1），表型分析發(fā)現(xiàn)dc1表現(xiàn)出分蘗數(shù)目減少、穗部小花畸形和雌不育的表型；同時(shí)，dc1分蘗芽生長(zhǎng)受主莖抑制，表現(xiàn)出生長(zhǎng)素響應(yīng)和頂端優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)的表型；分蘗期去除dc1主莖頂端或敲除生長(zhǎng)素作用相關(guān)基因ASP1（ABERRANT SPIKELET AND PANICLE1）能夠解除主莖對(duì)分蘗芽的抑制，從而促進(jìn)分蘗芽的生長(zhǎng)；通過(guò)對(duì)野生型和dc1去頂前后轉(zhuǎn)錄組比較分析發(fā)現(xiàn)，去頂對(duì)dc1突變體轉(zhuǎn)錄調(diào)控的影響顯著高于野生型；轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，去頂會(huì)顯著影響dc1突變體中分生組織關(guān)鍵因子OSH1（ORYZA SATIVA HOMEOBOX1）下游靶轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，暗示OsWUS與OSH1轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)存在未知的分子連接。該研究揭示OsWUS通過(guò)影響頂端優(yōu)勢(shì)促進(jìn)分蘗芽生長(zhǎng)的分子機(jī)制，提高人們對(duì)水稻分蘗發(fā)育機(jī)理的認(rèn)識(shí)。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在The Plant Journal上（DOI:10.1111/tpj.15026），遺傳發(fā)育所副研究員方曉華為論文通訊作者，遺傳發(fā)育所已畢業(yè)博士夏天雨和中國(guó)水稻研究所研究員陳紅旗為論文共同第一作者。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。
OsWUS調(diào)控分蘗芽生長(zhǎng)工作模型
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