水稻的籽粒大小是什么樣的機(jī)制決定的?近日,記者從中國(guó)農(nóng)科院獲悉,一項(xiàng)新的研究中,科研人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的細(xì)胞分裂素信號(hào),這一信號(hào)可以干擾信號(hào)傳遞效率,從而抑制水稻籽粒的大小。研究結(jié)果在線發(fā)表在《分子植物(Molecular Plant)》上。
該研究由中國(guó)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)與國(guó)內(nèi)其他科研單位合作完成。據(jù)介紹,科研人員在實(shí)驗(yàn)中,鑒定到一個(gè)細(xì)胞分裂素信號(hào)新組分PPKL1,發(fā)現(xiàn)PPKL1通過(guò)引誘但不接納細(xì)胞分裂素磷酸轉(zhuǎn)移蛋白AHP2上的磷酸基團(tuán),干擾信號(hào)傳遞效率,從而抑制水稻籽粒大小,并以此建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
據(jù)團(tuán)隊(duì)科研人員童紅寧介紹,植物中經(jīng)典的細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),依賴(lài)于組氨酸受體激酶,組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白,以及細(xì)胞分裂素響應(yīng)因子RR之間磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移,然而學(xué)界對(duì)這一磷酸中繼過(guò)程調(diào)控的分子機(jī)制仍知之甚少。在水稻中,細(xì)胞分裂素可以顯著調(diào)控穗粒數(shù),而對(duì)粒重或籽粒大小的調(diào)控功能也不清楚。
研究人員通過(guò)大規(guī)模誘變,篩選到一個(gè)大粒顯性突變體并克隆了突變體基因PPKL1。與RR蛋白類(lèi)似,PPKL1可與AHP2蛋白直接互作,并通過(guò)模仿RR蛋白功能區(qū)與其競(jìng)爭(zhēng)AHP2的磷酸基團(tuán),導(dǎo)致磷酸中繼效率大幅降低。當(dāng)此功能區(qū)位點(diǎn)突變后則喪失了對(duì)信號(hào)傳遞的影響,籽粒顯著增大。
研究人員以?xún)?yōu)質(zhì)水稻品種空育131為材料,針對(duì)該功能區(qū)進(jìn)行基因編輯,獲得多個(gè)可不同程度增大籽粒的基因型,部分可顯著增產(chǎn)。研究人員共創(chuàng)制了千粒重從20g到38g漸次分布的水稻材料,從而建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
該研究發(fā)現(xiàn),PPKL家族蛋白對(duì)細(xì)胞分裂素信號(hào)的抑制作用可能是一個(gè)古老的功能,發(fā)掘并利用其對(duì)作物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)改良具有重大應(yīng)用價(jià)值。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。