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水稻生物學團隊在小穗發育調控研究中取得新進展
发布时间2019-12-16 11:15:26     作者:方凤玲    浏览次数: 次

西南大学水稻生物學團隊在小穗發育調控研究中取得新進展

 

近日,西南大學农学与生物科技学院、农业科學研究院何光华教授领衔的水稻生物学团队在顶级植物学期刊《植物细胞(The Plant Cell) 在線發表了題爲 NONSTOP GLUMES 1 Encodes a C2H2 Zinc Finger Protein that Regulates Spikelet Development in Rice” 的原創性研究長文,深度解析了水稻NSG1基因參與小穗器官特征發育的分子機制,爲進一步構建水稻花/穗發育基因調控網絡、推動三花小穗的分子設計育種奠定了基礎。

小穗,禾本科植物花序特有的結構,是決定産量和品質的重要因素之一。正常水稻一個小穗內小花數目恒定——只包含一個可育小花 (由外稃、內稃,漿片、雄蕊和雌蕊組成)1937年提出的 三花小穗假說認爲原始的水稻小穗可能由三個小花構成:小穗基部兩個無用的穎片器官——護穎可能是兩個側生小花外稃的退化遺迹,而內部的花器官已完全消失。該團隊曾經在2017年深度解析了LF1基因誘導側生小花發生的分子機制,鑒定了一個功能獲得性突變體lf1發現兩個護穎腋下起始了新的花器官(內稃、漿片、雄蕊和雌蕊),爲三花小穗假說提供了直接證據 (PNAS2017)

但是,想要最終恢複原始三花小穗,仍有一些問題需要解決,比如退化的護穎需要恢複成外稃,以便和內稃一起包裹保護內部的花器官或籽粒。本研究中,該團隊分離鑒定了三個隱性等位突變體nsg1-1,nsg1-2nsg1-3,其小穗除雌蕊發育正常外,所有的側生器官 (特別是兩個護穎) 出現不同程度的外稃化。通過遺傳學、細胞學和分子生物學等手段,深度揭示了NSG1基因編碼的C2H2鋅指結構轉錄因子可以通過與水稻TPR類轉錄共抑制子結合,進一步募集組蛋白去乙酰化酶HDAC去直接抑制LHS1/OsMADS1(一個水稻外稃及內稃主體特征發育基因) 在護穎等側生器官中的異位表達,從而維持這些器官的正常發育。該研究一方面闡明了水稻小穗中護穎等穎片類側生器官區別于外稃發育的分子機制,另一方面也爲三花小穗分子設計育種途徑提供了新的基因資源,有助于實現護穎到外稃的恢複,具有重要意義。

博士生莊慧爲本文第一作者,碩士生王紅蕾、講師張婷爲共同第一作者,李雲峰副教授爲本文的通訊作者,何光華教授爲共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金、教育部博士點專項基金、農業部公益性農業科研專項經費、重慶市項目、中央高校業務費等項目的資助。

 

 

 

 

 

鏈接:http://www.plantcell.org/content/early/2019/12/05/tpc.19.00682