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李家洋研究組在水稻獨角金內酯與細胞分裂素間的調控機理取得新進展

  分枝是決定植物株型發育的主要決定因素,同時也是決定産量的重要農藝性狀之一。植物激素,如生長素、細胞分裂素等,在調控植物株型中起到了關鍵作用。獨角金內酯是近年來新發現的一種植物激素,該激素可通過抑制側芽的生長在株型建成中發揮關鍵作用。對不同植物激素之間相互調控關系的解析與研究具有重要的科學意義和應用價值。 

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组长期从事水稻株型建成调控机制的研究,对独脚金内酯的合成及信号转导进行了系统深入地解析。此前他们鉴定了独角金内酯信号途径中关键的负调控因子Dwarf53 (D53),解析了獨腳金內酯信號轉導的“去抑制化激活”機制(Jiang et al., Nature, 2013)。最新的研究表明,獨腳金內酯人工合成類似物rac-GR24能夠快速激活水稻細胞分裂素氧化酶/脫氫酶基因OsCKX9 (CYTOKININ OXIDASE/DEHYDROGENASE 9)表達,且該誘導激活依賴于D53。體內與體外實驗均表明OsCKX9具有分解細胞分裂素的活性。與之對應,水稻d53突變體莖基部中,OsCKX9表達量顯著降低,細胞分裂素含量顯著升高。進一步研究發現,rac-GR24對細胞分裂素A型響應調節子基因OsRR5 (RESPONSE REGULATOR 5)具有抑制效應,且這種抑制效應依賴于OsCKX9,證明OsRR5是在OsCKX9下遊的一個獨角金內酯次級響應基因。osckx9功能缺失突變體與過表達材料都表現出矮生多分蘖的表型。該研究結果首次證明了獨角金內酯與細胞分裂素之間存在直接的調控關系,即獨角金內酯可通過其響應基因OsCKX9直接調控細胞分裂素水平,進而影響細胞分裂素下遊信號通路來調控水稻發育。 

 

  研究成果于2019624日在PNAS雜志在線發表(DOI10.1073/pnas.1810980116)。李家洋研究组已毕业的博士研究生段静波和副研究员余泓为该论文的共同第一作者,李家洋研究员为通讯作者。主要合作者包括中科院遗传发育所褚金芳博士。该研究得到了国家自然科学基金、科技部和中國科學院先导A項目的資助。 

 

: 水稻中獨角金內酯與細胞分裂素間的調控機理