近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過研究發(fā)現(xiàn),秈稻對油菜素甾醇(BR)的敏感性整體上顯著強(qiáng)于粳稻,油菜素甾醇信號組分OsBSK2的自然變異影響了其自抑制活性和蛋白穩(wěn)定性,從而介導(dǎo)了油菜素甾醇敏感性以及多個(gè)性狀的秈粳分化。該研究首次揭示了植物激素途徑參與多個(gè)性狀的秈粳分化,為水稻多性狀聚合遺傳改良提供了新的理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物學(xué)報(bào)(Journal of Integrative Plant Biology)》。
該研究通過對水稻微核心種質(zhì)在根、胚芽鞘、葉夾角等多個(gè)組織進(jìn)行油菜素甾醇敏感性分析發(fā)現(xiàn),秈稻和粳稻的油菜素甾醇敏感性存在明顯分化,即秈稻對油菜素甾醇的敏感性更強(qiáng)。進(jìn)一步分析26個(gè)油菜素甾醇信號基因在自然種質(zhì)材料中的變異發(fā)現(xiàn),恰好主信號通路的每一步都有一個(gè)成員(OsBRI1、OsBAK1、OsBSK2、PPKL1、GSK3和OsBZR3)包含具有秈粳分化特征的多態(tài)性位點(diǎn),暗示這些基因的變異共同導(dǎo)致了油菜素甾醇敏感性的秈粳分化。
對OsBSK2進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),OsBSK2在介導(dǎo)油菜素甾醇信號中發(fā)揮重要作用,敲除后呈現(xiàn)典型的油菜素甾醇缺陷表現(xiàn),并且其第13位氨基酸在粳稻中為脯氨酸(P13),在秈稻中為賴氨酸(L13)。與粳稻型OsBSK2P13相比,秈稻型OsBSK2L13自身結(jié)合能力減弱,蛋白自抑制活性下降,與下游蛋白互作增強(qiáng);具有更強(qiáng)的蛋白穩(wěn)定性,對油菜素甾醇信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)能力更強(qiáng)。相關(guān)試驗(yàn)也均證實(shí)OsBSK2L13在分子和遺傳水平方面發(fā)揮了更強(qiáng)的功能。OsBSK2同時(shí)介導(dǎo)了粒型、分蘗數(shù)、耐冷性等多種性狀的調(diào)控,為理解水稻秈粳亞種分化提供了新的見解。
該研究得到國家自然科學(xué)基金、海南省崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室和博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
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