水稻、小麥、玉米等禾谷類作物是重要的糧食作物，由于在馴化的過程中缺乏對收獲期休眠的關注，導致這些作物種子在收獲期遭遇高溫高濕的條件時其籽粒會在穗上萌發(fā)，又稱為穗發(fā)芽（Pre-harvest sprouting, PHS）。穗發(fā)芽不僅會造成糧食作物減產(chǎn)和食用品質下降，更為重要的是，穗發(fā)芽嚴重影響了作物制種質量，是影響糧食作物的重要災害。據(jù)報道，穗發(fā)芽直接造成的面包小麥平均年損失超過10億美元，統(tǒng)計表明，由于中國南方水稻收獲季節(jié)常常遭遇高溫多雨，常規(guī)水稻有約6%的播種面積，而雜交水稻則高達20%的面積具穗發(fā)芽發(fā)生。因此，揭示穗發(fā)芽的分子調控機制，并通過遺傳改良來培育穗發(fā)芽抗性品種是解決這一問題的可行方法。
中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室儲成才研究組一直致力于水稻穗發(fā)芽分子機制研究。通過大規(guī)模突變體篩選，獲得了一系列水稻穗發(fā)芽突變體，并已報道了植物激素脫落酸（ABA）合成途徑基因的突變體（phs1至phs7）都表現(xiàn)出穗發(fā)芽表型（Fang et al., 2008; Fang and Chu, 2008）。而PHS8的突變導致胚乳中小分子糖的積累，從而抑制胚中的ABA信號傳遞，導致了穗發(fā)芽表型（Du et al., 2018）。對一個新的穗發(fā)芽突變體phs9的研究表明，PHS9編碼一個高等植物特有的CC類型谷氧還蛋白，并且主要在發(fā)育后期的胚中表達。PHS9通過與一個ABA受體互作蛋白OsGAP相互作用，整合了活性氧（ROS）信號和ABA信號，從而調控水稻穗發(fā)芽。更為有意思的是，在江浙主栽品種淮稻5號和武運粳27號敲除PHS9基因能夠顯著抑制新鮮收獲的種子的萌發(fā)，表明可以通過基因編輯PHS9來有效緩解水稻穗發(fā)芽。
這一研究結果于8月22日在線發(fā)表在The Plant Journal 雜志（DOI:10.1111/tpj.14501）。儲成才研究組已畢業(yè)博士研究生徐凡為該論文第一作者。該研究得到中科院前沿科學重點研究計劃資助。
圖：PHS9調控穗發(fā)芽的分子機制及其在淮稻5號和武運粳27號中敲除植株新鮮收獲種子的萌發(fā)表型。
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