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李家洋研究組在水稻株高與分蘖協同調控的分子機理上取得新進展

  株高和分蘖是影響水稻株型和産量的核心要素。分蘖數直接影響有效穗數,因此對水稻産量的形成具有重要影響。株高能夠直接影響作物的耐肥性和抗倒伏性,矮化育種推動了第一次“綠色革命”的發生。水稻的株高與分蘖通常存在一種負相關的關系,株高高的水稻一般分蘖較少,而株高矮的水稻一般分蘖較多。赤黴素是影響水稻株高的主要激素之一。生産實踐中,對水稻秧苗噴施適宜濃度的GA合成抑制劑多效唑,可以使秧苗矮化,促進分蘖的增加。然而,人們對赤黴素如何協同調控水稻株高與分蘖的分子機理仍不清楚。解析水稻株高與分蘖協同調控的分子機理具有重要的科學意義與理論價值,對水稻株型改良及品種設計具有重要的應用價值。 

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室李家洋研究组长期致力于對水稻株型调控机制的解析,克隆了调控水稻分蘖形成的首个关键基因MOC1Monoculm 1)(Li et al., Nature, 422: 618-621, 2003)及其調控基因TAD1 (Tillering and Dwarf 1)Xu et al., Nat Commun, 3: 750, 2012)。近期,李家洋研究組在水稻株高與分蘖協同調控的分子機理研究上取得新進展,發現GA缺陷突變體分蘖數的增加是由于促進分蘖芽的伸長而非影響分蘖芽的起始導致的。進一步研究發現GA信號通路中的關鍵抑制因子DELLA蛋白SLR1可以直接與MOC1蛋白發生相互作用。SLR1能夠通過抑制MOC1蛋白的降解從而促進分蘖的伸長。GA處理後,SLR1蛋白降解,進而無法抑制MOC1蛋白的降解,導致MOC1蛋白減少,植株表現出株高增加、分蘖數減少的表型。研究還發現SLR1MOC1的抑制效應並不依賴于TAD1途徑,且GA信号對株高和分蘖的调控分别影响不同的下游基因,为打破株高与分蘖的连锁效应提供了可能性,从而为分子设计育种提供理论基础。该研究解析了赤霉素信号协同调控水稻株高与分蘖的分子机理,是该领域的一项重要进展。 

 

  該論文于2019621日在線發表于Nature CommunicationsDOI:10.1038/s41467-019-10667-2),李家洋研究組已畢業的博士研究生廖志剛和余泓副研究員爲該文章的共同第一作者,李家洋院士爲通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、科技部等項目的資助。 

 

圖:水稻株高與分蘖協同調控的分子機理