最近，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所合作，鑒定到一個(gè)細(xì)胞分裂素信號(hào)新組分PPKL1，發(fā)現(xiàn)PPKL1通過(guò)引誘但不接納細(xì)胞分裂素磷酸轉(zhuǎn)移蛋白AHP2上的磷酸基團(tuán)，干擾信號(hào)傳遞效率，從而抑制水稻籽粒大小，9月22日，該研究結(jié)果在線發(fā)表在《分子植物（ Molecular Plant ）》上。

 

　　據(jù)童紅寧研究員介紹，植物中經(jīng)典的細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴于組氨酸受體激酶，組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白，以及細(xì)胞分裂素響應(yīng)因子RR之間磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移，然而這一磷酸中繼過(guò)程調(diào)控的分子機(jī)制仍知之甚少。在水稻中，細(xì)胞分裂素可以顯著調(diào)控穗粒數(shù)，而對(duì)粒重或籽粒大小的調(diào)控功能也不清楚。

 

　　研究人員通過(guò)大規(guī)模誘變，篩選到一個(gè)大粒顯性突變體并克隆了突變體基因 PPKL1 。與RR蛋白類似，PPKL1可與AHP2蛋白直接互作，并通過(guò)模仿RR蛋白功能區(qū)與其競(jìng)爭(zhēng)AHP2的磷酸基團(tuán)，導(dǎo)致磷酸中繼效率大幅降低。當(dāng)此功能區(qū)位點(diǎn)突變后則喪失了對(duì)信號(hào)傳遞的影響，相應(yīng)地籽粒顯著增大。研究人員以優(yōu)質(zhì)水稻品種空育131為材料，針對(duì)該功能區(qū)進(jìn)行基因編輯，獲得多個(gè)可不同程度增大籽粒的基因型，部分可顯著增產(chǎn)。該研究中研究人員共創(chuàng)制了千粒重從20g到38g漸次分布的水稻材料，從而建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。PPKL家族蛋白對(duì)細(xì)胞分裂素信號(hào)的抑制作用可能是一個(gè)古老的功能，其功能位點(diǎn)隱藏在甾醇類激素油菜素內(nèi)酯信號(hào)組分中，發(fā)掘并利用其對(duì)作物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)改良具有重大應(yīng)用價(jià)值。

　　作科所博士后劉大普和中科院遺傳發(fā)育所已畢業(yè)研究生趙鶴為該論文共同第一作者，童紅寧研究員和儲(chǔ)成才研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程項(xiàng)目資助。

 

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　　https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（21）00370-1#relatedArticles