环球热文：揭开水稻分蘖调控之谜

2023-05-31 23:23:25来源：中国科学报

(资料图片)

分蘖是禾本科植物在地面以下或接近地面处所发生的分枝。对水稻而言，分蘖数目和分蘖角度是影响株型的两个重要因素，对水稻群体产量起决定性作用。

在国家自然科学基金重大研究计划“主要农作物产量性状的遗传调控网络解析”支持下，在中国科学院院士韩斌等责任专家指导下，研究人员充分挖掘、收集遗传材料，克隆一系列具有重要育种价值的基因，并通过水稻分蘖数目和分蘖角度的新基因作用机理解析，构建了调控分蘖数目和分蘖角度的关键遗传调控网络。

水稻分蘖数目直接决定水稻穗数进而影响水稻产量。作为一种新型植物激素，独脚金内酯在水稻分蘖数目的调控中扮演着重要角色，对其信号转导过程研究具有重要的科学意义。

科研人员在前期研究基础上，发现理想株型调控因子IPA1是独脚金内酯信号通路中负调控因子D53的下游靶基因，D53蛋白通过与IPA1互作抑制IPA1的转录激活活性，从而抑制下游基因的表达。同时，IPA1能直接结合D53的启动子并激活D53基因的表达，形成负反馈调节。这些研究结果贯通了独脚金内酯的信号转导途径。

研究人员还利用酵母双杂交方法筛选得到IPA1的互作蛋白IPI1。研究表明，IPI1编码一个泛素化连接酶（RING-finger E3 ligase），能够和IPA1在细胞核内发生互作，并泛素化IPA1蛋白。进一步分析揭示，IPI1对IPA1的泛素化具有组织特异性，从而精细调控不同组织中IPA1蛋白水平。对此，业内专家认为，IPI1在增加穗粒数的同时并没有“牺牲”分蘖数目，有望成为能够应用于生产实践的基因资源。

合适的分蘖角度对水稻植株的生长及群体产量至关重要。围绕影响分蘖角度形成的重要因素之一 ——重力反应，研究人员在全基因组水平上构建了水稻分蘖角度动态调控的分子网络，并挖掘到调控水稻分蘖角度形成的重要节点基因HSFA2D、LA1、WOX6和WOX11，在此基础上建立了以LA1为核心介导的水稻分蘖角度调控途径。

同时，研究人员发现，基因OsHOX1和OsHOX28通过抑制HSFA2D表达和降低内源生长素含量，冗余地调控水稻分蘖角度，进一步研究建立了以HSFA2D-LA1-WOX6/11为核心的重力感应介导的分子遗传途径，丰富了水稻分蘖角度的遗传调控网络。

此外，研究人员还利用图位克隆技术，克隆了控制水稻株型和产量的新基因PAY1；利用全基因组关联分析（GWAS）发掘出30个控制水稻分蘖角度的数量性状基因座（QTL），并展开深入分析。

总之，这一系列研究提升了我国相关领域的国际影响力，为水稻产量提高提供了重要理论基础和有潜在利用价值的新基因，为实现水稻的分子育种奠定了坚实基础。

科研人员发掘新的理想水稻株型基因并阐明其调控网络（研究团队供图）

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