水稻籽粒發(fā)育過程中，外部穎片和內(nèi)部穎果的不平衡生長通常導(dǎo)致穎果產(chǎn)生缺口，其特征是成熟穎果腹側(cè)有可變長度的V型裂紋。研究表明，約有6%的水稻種質(zhì)材料產(chǎn)生V型裂紋穎果，而在大籽粒水稻種質(zhì)材料中，這一比例達(dá)16%。過量使用化肥、灌漿期溫度變化異常等環(huán)境因素誘導(dǎo)穎果產(chǎn)生V型裂紋。穎果V型裂紋導(dǎo)致稻米堊白增加和整精米率降低，影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，揭示稻米V型裂紋的分子細(xì)胞學(xué)機(jī)制對(duì)于水稻生產(chǎn)具有重要意義，而目前對(duì)此機(jī)制尚缺乏了解。

 

　　中國科學(xué)院植物研究所王臺(tái)研究組利用Small and notched grain（Sng）突變體解析了穎果V型裂紋產(chǎn)生的分子細(xì)胞學(xué)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：水稻穎片細(xì)胞與穎果細(xì)胞的伸長方向是相互垂直的，而穎片細(xì)胞與器官相向伸長，穎果細(xì)胞與器官以相互垂直的方向伸長；穎片和穎果細(xì)胞在正交方向上伸長的獨(dú)特布局是穎果產(chǎn)生V型裂紋的重要細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。結(jié)果顯示，Sng編碼一個(gè)422位精氨酸突變?yōu)榻M氨酸的α-微管蛋白突變體。這個(gè)點(diǎn)突變影響了突變蛋白與β-微管蛋白的結(jié)合能力和雜合二聚體的形成，從而降低了微管的穩(wěn)定性和微管的橫向定向。這種微管動(dòng)態(tài)的異常降低了穎片與穎果的細(xì)胞長度，但增加了它們的細(xì)胞寬（高）度，導(dǎo)致穎果變長和穎片變短，從而產(chǎn)生裂紋穎果。該研究闡明了穎果V型裂紋產(chǎn)生的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，揭示了α-微管蛋白的點(diǎn)突變引起水稻穎果V型裂紋的分子機(jī)制，對(duì)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種培育和栽培有重要意義。

 

　　8月24日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《新植物學(xué)家》（New Phytologist）上。研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。清華大學(xué)科研人員參與研究。