水稻是世界上重要的粮食作物,其产量关乎世界粮食安全。分蘖作为着生稻穗的特殊分枝,是决定水稻产量的核心要素之一。解析水稻分蘖形成的分子机理具有重要的科学意义,在水稻株型改良和品种设计方面也有重要的应用价值。独脚金内酯(Strigolactone, SL)是一种新型植物激素,通过抑制侧芽伸长负调控水稻的分蘖数目。脱落酸(Abscisic acid, ABA)是另一种主要的植物激素,在植物响应非生物和生物胁迫过程中发挥关键作用,同时能够抑制种子萌发以及侧枝的生长。SL和ABA的合成途径均起源于类胡萝卜素合成途径,all-trans-β-carotene是它们的共同前体,但是SL与ABA之间是否存在协同调控尚不清楚。
中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究团队长期从事高等植物株型建成的分子机理研究,对水稻分蘖的调控机制进行了系统深入的研究。近期该团队鉴定了一个新的水稻矮生多分蘖突变体tillering 20 (t20),发现T20编码类胡萝卜素合成途径的关键酶15-cis-ζ-carotene isomerase (Z-ISO),参与SL和ABA合成的协同调控。t20突变体中类胡萝卜素合成代谢受到抑制,SL和ABA含量均显著降低。
深入研究发现SL与ABA之间存在相互调控关系:SL信号途径能够上调转录因子编码基因OsHOX12的表达,进而提高ABA合成关键基因OsNCED1的表达水平,促进茎基部ABA的合成,可能是SL抑制侧芽伸长的重要机制;而ABA通过下调SL合成关键基因D10和D27的表达,造成SL含量降低,说明ABA抑制SL合成。研究进一步发现,两种激素分别负责在不同部位调控水稻分蘖,即SL主要抑制水稻茎基部分蘖的形成,而ABA对水稻高节位分蘖的形成发挥抑制作用。在水稻生产中,通过晒田等方式促进ABA产生,能够有效减少高节位的无效分蘖,提高水稻产量。该研究发现了SL与ABA合成及信号途径紧密偶联进而协同调控水稻分蘖发育的分子机制,对培育高产耐逆水稻具有指导意义,是该领域的一项重要进展。
该研究于2020年10月6日在Molecular Plant杂志在线发表(DOI:10.1016/j.molp.2020.10.001)。李家洋组已毕业研究生刘学博士、博士生胡庆亮和植物激素平台闫吉军博士为该论文的共同第一作者,李家洋组副研究员王冰和植物激素平台褚金芳博士为共同通讯作者。遗传发育所王永红研究员、储成才研究员、澳大利亚塔斯马尼亚大学Steven M. Smith教授以及浙江大学吴殿星教授参与了研究工作。该研究得到国家重点研发计划项目、转基因生物新品种培育科技重大专项、中国科学院国际人才计划以及青促会的资助。
图: SL和ABA协同调控水稻分蘖的分子机制
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
李家洋研究组在独脚金内酯和脱落酸协同调控水稻分蘖方面取得新进展
本站小编 Free考研考试/2022-01-01
相关话题/植物 基因 生物 博士 信号
李传友研究组发现植物干细胞命运决定新机制
固着生长的高等植物能够不断调整器官发生和发育进程,从而适应复杂多变的环境条件。与动物相比,植物的生长发育表现超强的可塑性,这主要取决于其干细胞组织结构。以模式植物拟南芥根尖分生组织为例,干细胞组织中心 (静止中心,Quiescent center, QC)与其周围干细胞共同构成根尖干细胞微环境,为根 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01高彩霞研究组应邀在Nature Reviews Molecular Cell Biology上发表CRISPR-Cas在农业与植物生物技术上的应用的综述文章
现代农业面临着诸多困境与挑战。现有的农作物栽培品种亟需改良与优化,以应对日益恶化的环境问题以及不断增长的世界人口。相比于传统育种,来自于原核生物的CRISPR-Cas系统可以准确、高效、可编程地对农作物基因组进行编辑,从而为未来的农业发展提供了新的机遇。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组一 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01焦雨铃研究组发现调控植物器官塑形的生物力学机制
扁平化是叶片等植物器官最为常见的形状之一。另一种常见的器官形状是辐射对称,如根、茎。不同的器官形状如何产生是一个基本的发育生物学问题。多年来的分子遗传学研究发现了众多能够影响植物器官形态的基因,但是这些基因怎样介导器官三维形态的变化(又称塑形)尚有待解析。 中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01高彩霞研究组利用基因组编辑精细调控草莓糖分含量
无性繁殖植物在农业生产中具有重要的地位,但是长期无性繁殖导致性状多样性的严重匮乏极大的阻碍了无性繁殖作物的育种发展。在育种设计中,对数量性状的精细调控可以避免产生剧烈的性状变化,并且可以极大的丰富性状多样性,对推进精准育种有重要意义。基因组编辑技术通过对调控元件的遗传操作可以实现对数量性状的改良。对 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01李传友研究组应邀在Current Opinion in Plant Biology撰写茉莉酸信号通路转录调控机理的综述文章
激素在植物生长发育和对环境适应性的调控中发挥重要作用。茉莉酸、生长素、赤霉素、水杨酸等多种植物激素的受体都定位于细胞核内,且与转录调控紧密偶联。因此,深入解析激素信号介导的转录调控网络对于人们全面理解植物激素信号的动态响应过程及作用机理具有重要意义。转录中介体(Mediator)是真核生物中高度保守 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01韩方普研究组在植物着丝粒研究取得重要进展
传统的比较基因组学已经揭示基因组的进化过程伴随着染色体的核型变化,例如两条染色体末端融合成为一条新的染色体或者一条染色体插入到另一条染色体的着丝粒附近,以及在染色体其他位置从头产生着丝粒导致着丝粒位置的多态性。然而这些发现引起了人们的困惑,重排后包含两个或是多个着丝粒区域的染色体和不包含着丝粒的染色 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01谢旗研究组应邀发表植物平衡生长发育与逆境应答的分子机制综述
由于固着生长的特性,植物不能像动物一样有效躲避外界的不利因素。因此,其生长发育会受到各种逆境胁迫的影响。而对这些逆境胁迫及时、有效地响应,是植物的存活的前提。植物激素脱落酸(Abscisic acid, ABA)被称为“逆境激素”,广泛参与植物的干旱、冷和盐等逆境胁迫的应答过程。同时,油菜素内酯(B ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01焦雨铃研究组应邀在Current Opinion in Plant Biology撰写力学调控植物器官塑形综述文章
植物器官的形态建成是大量基因感受内源和外源信号后,有序表达的结果。尽管目前的研究揭示了参与植物形态建成的基因和信号通路,但是这些基因怎样介导器官物理形态的变化尚有待解析。细胞壁等细胞组分化学性质的差异能够导致力学属性的变化,是最终影响器官塑形的关键步骤。 中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01修复基因印记异常大幅提高动物克隆效率
体细胞核移植(Somatic Cell Nuclear Transfer,SCNT)是指通过显微操作,将单个体细胞的细胞核移植到去核的卵母细胞中的技术过程,也被称为克隆(Cloning)。卵母细胞的细胞质能将体细胞核转变为 “全能状态”,并发育成为完整的动物。 2017年,利用早期胚胎DNase- ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01高彩霞研究组建立新型可预测多核苷酸删除基因组编辑系统
植物基因组中有多种多样的调控元件、功能基序以及非编码DNA,例如启动子顺式作用元件、miRNA编码序列、具有调控功能的基因间区。这些DNA序列在调控基因表达、转录翻译等方面发挥重要作用,也是目前基因功能研究与遗传改良的重点目标区域。基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术已经被广泛用于功能基因研究 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研考试 2022-01-01