近日，雜交水稻研究中心李莉團隊在植物學國際權威期刊Plant Physiology在線發表了題為“EMBRYO SAC DEVELOPMENT 1 affects seed setting rate in rice by controlling embryo sac development”的研究論文，揭示了卵形家族蛋白EMBRYO SAC DEVELOPMENT 1（ESD1）通過調控水稻胚囊發育來影響結實率。
結實率是決定水稻產量的關鍵因素之一，因此深入研究影響結實率的作用機制對提高水稻產量具有重要意義。胚囊作為水稻小穗的重要組成部分，其發育直接影響結實率。卵形家族蛋白（OFP）在調控植物的生長發育中起關鍵作用，包括果實成熟和品質形成、DNA修復、次生細胞壁形成和胚囊發育等。此外，該團隊之前研究發現，OFP家族蛋白ESD1主要在水稻穗部高表達。
在該研究中，原位雜交結合RT-qPCR結果顯示，在水稻穗發育過程中，ESD1主要在胚珠中發揮功能，且表達蛋白定位于細胞質。利用CRISPR/Cas9技術獲得了ESD1的功能缺失突變體esd1；表型分析發現，esd1突變體的株高、穗粒數、分蘗數、千粒重等與野生型相比無明顯差異，但結實率顯著降低。進一步研究發現，突變體esd1的雄蕊發育和花粉管生長均正常。突變體esd1小穗穎花受精率檢測，以及正反交、飽和授粉結實率統計結果進一步表明，突變體esd1的花藥發育正常，結實率降低的原因發生在受精作用之前。成熟胚囊結構檢測結果表明，功能大孢子在有絲分裂過程中，突變體esd1部分胚囊的卵細胞在分化過程中降解，阻礙了后續的受精作用并最終導致結實率降低。此外，對參與水稻胚囊發育的相關基因進行轉錄水平檢測并結合轉錄組數據分析，發現胚囊發育基因OsAPC6在突變體esd1中的表達顯著下調。OsAPC6編碼一種細胞周期相關的泛素連接酶，它可以通過泛素-蛋白酶體途徑降解有絲分裂相關的調節因子。因此，泛素介導的蛋白降解途徑可能參與了調控水稻胚囊的發育。
總之，該研究表明ESD1作為水稻結實率的關鍵調控因子，對提高水稻產量具有重要意義。該研究結果不僅有助于進一步闡明胚囊發育的調控機制，而且在揭示水稻籽粒形成的分子機制方面具有較高的理論價值。王天抗助理研究員為論文的第一作者，李莉研究員為論文的通訊作者，湖南農業大學王建龍教授為論文的共同通訊作者。
日期：2021-04-02
結實率是決定水稻產量的關鍵因素之一，因此深入研究影響結實率的作用機制對提高水稻產量具有重要意義。胚囊作為水稻小穗的重要組成部分，其發育直接影響結實率。卵形家族蛋白（OFP）在調控植物的生長發育中起關鍵作用，包括果實成熟和品質形成、DNA修復、次生細胞壁形成和胚囊發育等。此外，該團隊之前研究發現，OFP家族蛋白ESD1主要在水稻穗部高表達。
在該研究中，原位雜交結合RT-qPCR結果顯示，在水稻穗發育過程中，ESD1主要在胚珠中發揮功能，且表達蛋白定位于細胞質。利用CRISPR/Cas9技術獲得了ESD1的功能缺失突變體esd1；表型分析發現，esd1突變體的株高、穗粒數、分蘗數、千粒重等與野生型相比無明顯差異，但結實率顯著降低。進一步研究發現，突變體esd1的雄蕊發育和花粉管生長均正常。突變體esd1小穗穎花受精率檢測，以及正反交、飽和授粉結實率統計結果進一步表明，突變體esd1的花藥發育正常，結實率降低的原因發生在受精作用之前。成熟胚囊結構檢測結果表明，功能大孢子在有絲分裂過程中，突變體esd1部分胚囊的卵細胞在分化過程中降解，阻礙了后續的受精作用并最終導致結實率降低。此外，對參與水稻胚囊發育的相關基因進行轉錄水平檢測并結合轉錄組數據分析，發現胚囊發育基因OsAPC6在突變體esd1中的表達顯著下調。OsAPC6編碼一種細胞周期相關的泛素連接酶，它可以通過泛素-蛋白酶體途徑降解有絲分裂相關的調節因子。因此，泛素介導的蛋白降解途徑可能參與了調控水稻胚囊的發育。
總之，該研究表明ESD1作為水稻結實率的關鍵調控因子，對提高水稻產量具有重要意義。該研究結果不僅有助于進一步闡明胚囊發育的調控機制，而且在揭示水稻籽粒形成的分子機制方面具有較高的理論價值。王天抗助理研究員為論文的第一作者，李莉研究員為論文的通訊作者，湖南農業大學王建龍教授為論文的共同通訊作者。
日期：2021-04-02
