據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院最新消息,該院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團隊與國內(nèi)其他科研機構(gòu)合作,鑒定到一個細(xì)胞分裂素信號新組分PPKL1;發(fā)現(xiàn)PPKL1通過引誘但不接納細(xì)胞分裂素磷酸轉(zhuǎn)移蛋白AHP2上的磷酸基團,干擾信號傳遞效率,從而抑制水稻籽粒大??;由此,建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計系統(tǒng)。相關(guān)研究成果新近在線發(fā)表于《分子植物(Molecular Plant)》。
團隊成員、中國農(nóng)科院作科所研究員童紅寧介紹,植物中經(jīng)典的細(xì)胞分裂素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴于組氨酸受體激酶,組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白,以及細(xì)胞分裂素響應(yīng)因子RR之間磷酸基團的轉(zhuǎn)移,然而對這一磷酸中繼過程調(diào)控的分子機制,學(xué)界仍知之甚少。另一方面,在水稻中,細(xì)胞分裂素可以顯著調(diào)控穗粒數(shù),而對粒重或籽粒大小的調(diào)控功能學(xué)界也不清楚。 ?
團隊通過大規(guī)模誘變,篩選到一個大粒顯性突變體并克隆了突變體基因PPKL1。與RR蛋白類似,PPKL1可與AHP2蛋白直接互作,并通過模仿RR蛋白功能區(qū)與其競爭AHP2的磷酸基團,導(dǎo)致磷酸中繼效率大幅降低。當(dāng)此功能區(qū)位點突變后則喪失了對信號傳遞的影響,籽粒顯著增大。研究人員以優(yōu)質(zhì)水稻品種空育131為材料,針對該功能區(qū)進(jìn)行基因編輯,獲得多個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20克到38克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)計系統(tǒng)。該研究發(fā)現(xiàn),PPKL家族蛋白對細(xì)胞分裂素信號的抑制作用可能是一個古老的功能,其功能位點隱藏在甾醇類激素油菜素內(nèi)酯信號組分中,發(fā)掘并利用其對作物進(jìn)行分子設(shè)計改良具有重大應(yīng)用價值。?