《植物所等发现新水稻谷粒大小调控开关》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: zhangyi8606
  • 发布时间:2018-04-13
  • 水稻是我国三大主粮之一,其谷粒大小和形状(粒型)决定稻米的产量和外观品质。近十年来,水稻粒型调控机理研究取得了较大的进展,许多重要粒型基因被克隆和研究。但目前已知的多数粒型基因难以归类到已知调控途径,报道的信号通路信息也呈现片断化的特点,极大限制了对粒型调控分子机理的认识,制约了其在作物高产优质分子育种中的应用。

    近日,中国科学院植物研究所宋献军研究组与中国水稻研究所庄杰云研究组合作,借助现代高通量SLAF测序技术,在水稻中鉴定到超过40个粒型和产量QTL位点。在此基础上,研究人员定位并克隆了一个控制谷粒长度和产量的基因TGW3,该基因编码一个类似于GSK3/SHAGGY的激酶TGW3。研究发现,TGW3是谷粒大小的负向调节因子,能够通过增加颖壳细胞大小、减少细胞数目,从而使颖壳变长,谷粒变大、变重;TGW3的大粒等位基因的第三内含子核苷酸碱基发生转变,改变其mRNA的剪切方式,导致其第三和第四外显子的丢失,其编码蛋白丧失形成二聚体的功能。通过水稻种质资源序列测定分析,研究人员找到了其他两个具有长粒表型的遗传材料,其编码序列与本次发现的大粒亲本相同,显示了该基因位点的稀缺性。进一步研究表明,TGW3位点在水稻驯化过程中,并没有受到人工的选择,将其大粒等位基因TGW3JZ导入主栽品种“黄华占”中可以提高产量10%以上,显示了该位点在水稻高产育种中具有较好的利用潜力。

    该研究深入揭示了水稻超大粒的遗传构成,并找到一个新的谷粒大小调控开关,为深入研究作物粒型调控的分子机制和遗传调控网络提供了新的切入点,对高产、优质作物的分子育种具有重要意义。

    相关研究成果发表在Molecular Plant上。中国水稻研究所副研究员应杰政、植物所宋献军组博士研究生马铭和硕士研究生白琛为论文共同第一作者,研究员宋献军为通讯作者。该研究得到了中科院“分子模块设计育种创新体系先导科技专项”和国家自然科学基金项目资助。

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    • 水稻是我国重要的主粮作物。籽粒大小是决定稻米外观品质和产量的重要农艺性状。近年来,水稻籽粒大小的调控机理研究取得了较大进展,许多重要相关基因被克隆和分析。然而,目前与之相关的遗传调控网络较少被报道,限制了人们对籽粒大小调控机理的认知,也制约了其在作物高产优质分子育种实践中的利用。   此前,中国科学院植物研究所宋献军研究组发现了一个控制水稻谷粒长度和产量的遗传位点TGW3,其目标基因编码一个GSK3类型的蛋白激酶。以此为基础,研究借助酵母双杂交文库筛选技术,鉴定到TGW3的一个新的互作因子OsIAA10。研究发现,TGW3能够直接对OsIAA10蛋白的丝氨酸位点S68、S75和S97进行磷酸化修饰,且这些丝氨酸位点的磷酸化,调控了水稻籽粒大小。进一步,研究发现,OsIAA10的磷酸化,增加了与OsTIR1之间的互作和蛋白降解,并降低了其与OsARF4之间的蛋白互作。同时,遗传学数据表明,存在一个OsTIR1-OsIAA10-OsARF4介导的生长素信号通路,调控水稻籽粒大小。此外,生理学和分子生物学数据表明,TGW3还介导了水稻植株对油菜素内酯的反应,且该效应能够通过上述信号通路进行传递。该研究揭示了一个调控水稻籽粒大小的新通路,为进一步改良作物的相关农艺性状提供重要靶标。   3月3日,相关研究成果在线发表在Cell Reports上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项(A类)和国家自然科学基金的支持。
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