東北地理所在水稻穗伸出調(diào)控基因鑒定及功能解析上取得重要進(jìn)展
水稻節(jié)間長度是重要的農(nóng)藝性狀之一，直接決定水稻株高，間接影響水稻產(chǎn)量。水稻穗伸出缺陷通常會造成包穗，影響開花授粉，導(dǎo)致雜交水稻制種產(chǎn)量低。截止到2020年，雜交水稻已經(jīng)在中國和世界多個國家廣泛種植和研究。僅在中國，雜交水稻種植面積占比就高達(dá)57%，然而雜交水稻雄性不育系往往伴隨著穗莖節(jié)伸長缺陷。生產(chǎn)中通常在孕穗期通過外施一定濃度的赤霉素GA3來解決包穗問題，但成本較高，還容易造成穗發(fā)芽，影響種子質(zhì)量。因而挖掘水稻穗伸出調(diào)控基因并解析其分子機(jī)理，是解決生產(chǎn)中水稻包穗問題的有效途徑，具有重要的理論和實(shí)踐意義。
近日，東北地理所卜慶云研究團(tuán)隊(duì)解析了水稻轉(zhuǎn)錄因子OsWRKY78參與調(diào)控水稻穗伸出的生物功能及分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)oswrky78突變體株高變矮、穗莖節(jié)變短、穗伸出度嚴(yán)重縮短。外源赤霉素（GA）噴施和內(nèi)源GA含量檢測表明，oswrky78突變體穗伸出縮短的表型是由于內(nèi)源GA含量降低引起。ChIP-qPCR和轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析發(fā)現(xiàn)，OsWRKY78直接調(diào)控GA合成基因，間接調(diào)控GA代謝基因的表達(dá)。遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在穗伸出的調(diào)控上，OsWRKY78位于GA合成基因OsGA20ox-1遺傳學(xué)上游發(fā)揮功能。此外，OsMAPK6能結(jié)合并磷酸化OsWRKY78，提高其蛋白穩(wěn)定性。在oswrky78突變體中分別過量表達(dá)OsWRKY78，OsMAPK6磷酸化位點(diǎn)組成型激活的OsWRKY78(SD)和組成型失活的OsWRKY78(SA)，發(fā)現(xiàn)OsWRKY78(SA)過表達(dá)不能恢復(fù)oswrky78穗伸出縮短的表型，說明了OsMAPK6對OsWRKY78的磷酸化修飾是其調(diào)控穗伸出功能所必需的。該研究不僅鑒定了OsWRKY78調(diào)控水稻穗伸出的生物學(xué)功能，同時也揭示了OsWRKY78位于MAPK級聯(lián)途徑的下游，通過介導(dǎo)MAPK與赤霉素之間的信號交流，參與調(diào)控水稻穗伸出的分子機(jī)制（圖1）。
圖1. OsWRKY78調(diào)控水稻穗伸出模式圖
研究成果近日發(fā)表在國際生物學(xué)一區(qū)期刊《Journal of Integrative Plant Biology》（IF=11.4）上，東北地理所博士研究生梅恩陽、何明良和許敏為論文共同第一作者，卜慶云研究員和田曉杰副研究員為論文通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31671653、31801017）、黑龍江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（U23A20193）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項(xiàng)目（2021229）、和東北地理所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2023QNXZ02）聯(lián)合資助。
論文信息：
Mei Enyang#, He Mingliang#, Xu Min#, Tang Jiaqi, Liu Jiali, Liu Yingxiang, Hong Zhipeng, Li Xiufeng, Wang Zhenyu, Guan Qingjie, Tian Xiaojie*, Bu Qingyun*. OsWRKY78 regulates panicle exsertion via gibberellin signaling pathway in rice.Journal of Integrative Plant Biology, 2024. DOI: 10.1111/jipb.13636.
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