李自超课题组在水稻产量基因研究取得新进展 | |||||||
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7月28日,中国农业大学农学院李自超教授课题组就水稻产量相关基因Gnp4/LAX2调控水稻籽粒大小方面取得新的进展,在Journal of Experimental Botany在线发表了题为“Gnp4/LAX2, a RAWUL protein, interferes with the OsIAA3–OsARF25 interaction to regulate grain length via the auxin signaling pathway in rice”的研究论文,揭示了生长素信号通路调节水稻谷粒长度的分子机制。 穗粒数、粒重和有效穗数是影响水稻产量的三大因素, 其中粒重是受环境因素影响最小却受到多种基因影响的复杂数量性状。因此关于水稻穗部性状相关基因的研究对于改善水稻产量具有十分重要的意义。到目前为止,已克隆许多水稻粒重相关基因,参与G蛋白信号通路、蛋白酶体降解途径、转录调控相关途径以及植物激素生物合成或信号传导等不同途径。 生长素以通过介导细胞生长在调节谷粒长度中发挥重要作用,但是到目前为止,其潜在的分子作用机制和遗传互作网络仍有待研究。 在课题组前期研究工作中发现一个自然表观突变体gnp4,该突变体表现出二次枝梗发育缺陷、穗粒数减少、籽粒长度增大、叶片卷曲等多个性状变异。通过图位克隆将该基因定位到水稻四号染色体10.7 kb区间,该区间只有一个候选基因,命名为Gnp4。遗传互作分析表明Gnp4和LAX1通过不同途径共同调控水稻穗部枝梗和分蘖的形成(Zhang et al.,2011)。进一步研究表明Gnp4在不同种质资源中的表达量和水稻籽粒长度呈明显正相关关系。 高量表达Gnp4也能显著增加籽粒长度和千粒重。Gnp4编码一个含有RAWUL 结构域的核蛋白,进化树分析表明RAWUL蛋白在双子叶和单子叶植物中均存在,但目前只有在拟南芥中有相关报道(DRIP1和DRIP2),参与植物逆境胁迫。Gnp4和生长素信号转导途径的OsIAA3和OsIAA17相互作用,干扰了AUX/IAA转录抑制子对ARF转录因子的作用。转录组分析表明编码AP2结构域蛋白的基因在Gnp4过表达植株中最能显著富集,其中通过酵母单杂和CHIP发现OsERF142/SMOS1作用于OsARF25下游,并且受Gnp4共同作用,通过影响细胞伸长调控籽粒长度。总之,Gnp4/LAX2可能是一个多效性基因,与LAX1、AUX/IAAs或者其他未知因子相互作用,通过不同途径调控水稻穗部枝梗、籽粒大小和叶片形态等性状。 我院水稻研究中心张战营副教授、李金杰副教授和中科院遗传发育所唐柞舜博士为论文共同第一作者,李自超教授为通讯作者。中科院遗传所杨维才研究员、浙江大学齐艳华教授和中国农科院黄荣峰研究员也参与了研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。 水稻研究中心 供稿
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