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陳凡研究組在水稻分蘖發育調控研究中取得新進展

  自然界中,禾本科作物通常存在兩種分枝策略:單稈或少分蘖的強頂端優勢,如玉米、高粱等;主莖與分蘖無顯著差別的弱頂端優勢,如小麥、水稻等。兩種分枝類型都是決定作物産量的重要因素。研究表明,TCP轉錄因子TB1 (TEOSINTE BRANCHED 1) 是決定栽培玉米強頂端優勢的關鍵因子。然而,決定水稻等弱頂端優勢的因子仍未知。 

 

  中國科學院遗传與发育生物学研究所陈凡研究团队與中国水稻研究所朱旭东研究组合作发现OsWUS在水稻弱頂端優勢中發揮重要功能。OsWUS,也稱MOC3/TAB1/SRT1 (MONOCULM3/TILLERS ABSENT1/STERILE AND REDUCED TILLERING1),是擬南芥分生組織幹細胞維持關鍵基因WUS (WUSCHEL)在水稻中的同源基因,對水稻分蘖芽的形成和生長起重要作用。研究團隊在前期分離得到了一個OsWUS功能缺失突變體dc1 (decreased culm number 1),表型分析發現dc1表現出分蘖數目減少、穗部小花畸形和雌不育的表型;深入研究表明,dc1分蘖芽生長受主莖顯著抑制,表現出生長素響應和頂端優勢增強的表型;分蘖期去除dc1主莖頂端或敲除生長素作用相關基因ASP1 (ABERRANT SPIKELET AND PANICLE1) 能夠解除主莖對分蘖芽的抑制,從而促進分蘖芽的生長;通過對野生型和dc1去頂前後轉錄組比較分析發現,去頂對dc1突變體轉錄調控的影響顯著高于野生型;進一步轉錄調控網絡預測發現,去頂會顯著影響dc1突變體中分生組織關鍵因子OSH1 (ORYZA SATIVA HOMEOBOX1) 下游靶轉錄因子的表达,暗示OsWUSOSH1轉錄調控網絡存在未知的分子連接。綜上,本研究揭示了OsWUS通過影響頂端優勢促進分蘖芽生長的分子機制,提高了人們對水稻分蘖發育機理的認識。 


        该研究于20201016日在The Plant Journal雜志上在線發表(DOI:10.1111/tpj.15026),陳凡研究組方曉華副研究員爲該論文的通訊作者,陳凡組已畢業的夏天雨博士和中國水稻研究所陳紅旗研究員爲共同第一作者。該工作得到中科院先導專項和國家自然科學基金委項目的資助。 

    

圖:OsWUS調控分蘖芽生長工作模型