近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，整體上秈稻對(duì)油菜素甾醇（BR）的敏感性顯著強(qiáng)于粳稻，BR信號(hào)組分OsBSK2的自然變異影響了其自抑制活性和蛋白穩(wěn)定性，從而介導(dǎo)了BR敏感性以及多個(gè)性狀的秈粳分化。本研究首次揭示了植物激素途徑參與多個(gè)性狀的秈粳分化，為水稻多性狀聚合遺傳改良提供了新的理論基礎(chǔ)。6月29日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《植物學(xué)報(bào)（Journal of Integrative Plant Biology）》上。
據(jù)童紅寧研究員介紹，亞洲栽培稻包括秈稻和粳稻兩個(gè)亞種，二者在植株形態(tài)和生理特性等諸多方面存在顯著分化，例如，相對(duì)于秈稻，粳稻株型緊湊，籽粒短圓，耐冷性強(qiáng)，氮肥利用效率較弱等。雖然調(diào)控亞種間單一性狀分化的分子遺傳機(jī)制報(bào)道較多，但這些不同性狀是否具有相關(guān)性，又是如何聚合在一起的還很不清楚。油菜素甾醇作為一類(lèi)植物激素，在生長(zhǎng)發(fā)育和脅迫應(yīng)答等多個(gè)方面發(fā)揮重要功能。水稻中BR參與調(diào)控諸多重要農(nóng)藝性狀，BR缺陷突變體通常表現(xiàn)出株高降低、分蘗數(shù)減少、籽粒短圓等特征，類(lèi)似粳稻相對(duì)于秈稻的表型。然而B(niǎo)R途徑是否在秈粳稻中存在分化，并參與介導(dǎo)亞種間多性狀分化未嘗得知。
該研究通過(guò)對(duì)水稻微核心種質(zhì)在根、胚芽鞘、葉夾角多個(gè)組織進(jìn)行BR敏感性分析，發(fā)現(xiàn)秈稻和粳稻的BR敏感性存在明顯分化，即秈稻整體上對(duì)BR的敏感性更強(qiáng)。進(jìn)一步分析26個(gè)BR信號(hào)基因在自然種質(zhì)材料中的變異，發(fā)現(xiàn)恰好主信號(hào)通路的每一步都有一個(gè)成員（OsBRI1、OsBAK1、OsBSK2、PPKL1、GSK3和OsBZR3）包含具有秈粳分化特征的多態(tài)性位點(diǎn)，暗示這些基因的變異共同導(dǎo)致了BR敏感性的秈粳分化。對(duì)其中OsBSK2進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，OsBSK2在介導(dǎo)BR信號(hào)中發(fā)揮重要作用，敲除后表現(xiàn)為典型的BR缺陷表現(xiàn)，并且其第13位氨基酸在粳稻中為脯氨酸（P13），在秈稻中為賴(lài)氨酸（L13）。秈稻型OsBSK2L13與粳稻型OsBSK2P13相比，自身結(jié)合能力減弱，蛋白自抑制活性下降，且與下游蛋白互作增強(qiáng)；另一方面，OsBSK2L13具有更強(qiáng)的蛋白穩(wěn)定性，因此對(duì)BR信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)能力強(qiáng)于OsBSK2P13。通過(guò)實(shí)驗(yàn)在分子和遺傳水平均證實(shí)OsBSK2L13發(fā)揮更強(qiáng)的功能。OsBSK2同時(shí)介導(dǎo)了多種性狀如粒型、分蘗數(shù)、耐冷性和氮利用效率的調(diào)控，為理解水稻秈粳亞種分化提供了新的見(jiàn)解。
作科所助理研究員殷文超和已畢業(yè)碩士生栗露露為該論文共同第一作者，童紅寧研究員為通訊作者。該研究得到農(nóng)科院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、國(guó)家自然科學(xué)基金、海南省崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室和博士后科學(xué)基金的資助。
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