北京時間18日凌晨,美國《國家科學(xué)院院刊》(PNAS)在線發(fā)表中國科學(xué)家團隊有關(guān)谷子(即俗稱的“小米”)株型調(diào)控機制的最新研究成果。該項研究闡釋了谷子的DPY1作為油菜素內(nèi)酯信號的“剎車”基因調(diào)控葉片披垂與直立的分子機制,為禾本科作物株型研究提供了新思路。
該研究由農(nóng)科院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用創(chuàng)新團隊和作物功能基因組研究創(chuàng)新團隊,聯(lián)合中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所農(nóng)業(yè)資源研究中心共同完成。
“特色農(nóng)作物”團隊首席、中國農(nóng)科院作科所研究員刁現(xiàn)民介紹,葉片是植物光合作用和有機物合成的主要器官,與葉片形態(tài)建成相關(guān)的株型直接影響作物的種植密度及產(chǎn)量。作物育種過程中追求葉型直立緊湊,從而有利于密植條件下的光能有效利用。葉片的緊湊指的是葉片和莖的夾角小,直立指的是葉片不下垂。油菜素內(nèi)酯信號可以調(diào)節(jié)細(xì)胞伸長和分裂,其調(diào)控葉片和莖夾角的研究已有較多報道,但對其影響葉片直立與下垂遺傳基礎(chǔ)的研究仍欠缺,制約了禾谷類作物株型改良的效率和水平。
團隊利用谷子葉片嚴(yán)重披垂的突變體dpy1,克隆了控制谷子葉片披垂的基因DPY1,該基因編碼的DPY1蛋白激酶可以與油菜素內(nèi)酯共受體通過胞內(nèi)的激酶結(jié)構(gòu)互作,競爭性地抑制油菜素內(nèi)酯受體與共受體間的互作水平,從而抑制早期油菜素內(nèi)酯信號的過度激活。DPY1作為“剎車”基因,通過以上過程促進細(xì)胞伸長和分裂,提高葉片的支撐力,從而使葉片趨向直立,且這種機制在玉米、水稻等禾本科作物中是保守和共享的。該研究揭示了禾谷類作物葉片堅實度的遺傳學(xué)基礎(chǔ)及其調(diào)控機制,為作物株型改良提供了新的基因資源及研究思路。同時,谷子及其野生種青狗尾草由于基因組小、高效轉(zhuǎn)化、生育期短,且易于實驗室培養(yǎng)操作,正在快速發(fā)展成為禾本科黍亞科和C4光合作用的模式植物。本研究將促進谷子模式植物體系的發(fā)展,也鞏固了我國在谷子基礎(chǔ)研究中的國際領(lǐng)先地位。