中國農業科學院作科所發現油菜素甾醇調控水稻莖節差異伸長的新機制

近日，中國農業科學院作物科學研究所水稻分子設計技術與應用創新團隊研究發現，蛋白DLT與同源框蛋白OSH15形成蛋白復合物，靶向調節OsBRI1基因，并通過差異表達協調油菜素甾醇含量和信號來控制水稻不同莖節差異伸長的分子機制。7月5日，相關研究成果在《植物細胞（The Plant Cell）》在線發表。
 
　　據童紅寧研究員介紹，水稻莖通常由5-7個不同長度的可見節間組成，決定著水稻的株高、穗發育和抗倒伏能力，影響作物田間表現和實際產量。植物激素油菜素甾醇（BR）調控水稻等作物的葉夾角、株高及籽粒大小等重要農藝性狀，在水稻中，典型的油菜素甾醇缺陷突變體通常表現為不同節間差異縮短的矮化模式。例如，BR受體基因OsBRI1突變體d61的不同等位，根據嚴重程度表現為第二莖節比例特異性縮短的dm型矮化，或除最上節外下部莖節特異性縮短的d6型矮化。這一現象暗示油菜素甾醇對水稻不同莖節的組織模式具有重要調控作用，但這一過程具體如何實現的還不清楚。
 
　　該研究利用團隊前期鑒定的油菜素甾醇信號缺陷突變體dlt進行大規模誘變，針對節間性狀對約2.5萬株突變體進行篩選，分離出兩個d6型矮化突變體，發現兩突變體均攜帶d6型矮化奠基基因OSH15的等位突變。實驗分析顯示DLT與OSH15在不同組織存在協同、上位及加性等多種遺傳效應，兩蛋白共同調控大量基因的表達，并且調控數量和幅度在不同組織均具有差異。另一方面，分子實驗證明OSH15可以與DLT形成復合體，且OSH15與DLT在最上節和下部莖節具有相反的表達模式，同時DLT以劑量依賴方式促進OSH15對OsBRI1的直接激活效應。值得注意的是，BR含量在突變體的幼穗和莖節中呈現了相反的變化趨勢，進一步說明BR信號和BR合成之間的反饋調節作用在不同組織中也具有差異。該研究揭示了BR在協調不同莖節伸長過程中的重要作用，為水稻不同莖節長度的定制化分子設計提供了參考。這一工作得到期刊的高度評價，同期撰文評論道“該工作所鑒定的新的BR調控基因不僅可特異性地降低水稻某些莖節長度，而且能促進籽粒大小，從而同時優化作物株型和粒型，繼利用赤霉素相關基因改良株高所促成的第一次綠色革命之后，BR相關基因有望成為推動下一代綠色革命的重要突破口。”
 
　　作科所助理研究員牛梅和中科院遺傳發育所已畢業研究生汪鴻儒為論文共同第一作者，童紅寧研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、海南省崖州灣種子實驗室和中國農科院創新工程和基本科研業務費等項目資助。
 
　　DLT和OSH15精細調控BR信號和代謝協調水稻不同莖節差異伸長
 
　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koac196



日期：2022-07-19