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理具有科學意義，在水稻株型改良和品種設(shè)計方面具有應(yīng)用價值。獨腳金內(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。
中國科學院院士、中科院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員李家洋研究團隊長期從事高等植物株型建成的分子機理研究，系統(tǒng)深入研究水稻分蘗的調(diào)控機制。近期，研究人員鑒定出一個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信號途徑能夠上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子編碼基因OsHOX12的表達，進而提高ABA合成關(guān)鍵基因OsNCED1的表達水平，促進莖基部ABA的合成，可能是SL抑制側(cè)芽伸長的重要機制；而ABA通過下調(diào)SL合成關(guān)鍵基因D10和D27的表達，造成SL含量降低，說明ABA抑制SL合成。兩種激素分別負責在不同部位調(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合成及信號途徑緊密偶聯(lián)進而協(xié)同調(diào)控水稻分蘗發(fā)育的分子機制，對培育高產(chǎn)耐逆水稻具有指導(dǎo)意義，是該領(lǐng)域的一項重要進展。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Molecular Plant上。李家洋研究團隊已畢業(yè)博士研究生劉學、博士生胡慶亮和植物激素平臺博士閆吉軍為論文的共同第一作者，李家洋研究團隊副研究員王冰和植物激素平臺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成才、澳大利亞塔斯馬尼亞大學教授Steven M. Smith，以及浙江大學教授吳殿星參與該研究。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃項目、轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項、中科院國際人才計劃、中科院青年創(chuàng)新促進會的資助。
SL和ABA協(xié)同調(diào)控水稻分蘗的分子機制
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