近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬建民院士團隊與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻所合作闡明了生長素調(diào)控水稻光合產(chǎn)物在源庫間分配的分子機制，為利用源-庫-流提高農(nóng)作物產(chǎn)量提供了重要理論依據(jù)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊（PNAS）》。
據(jù)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)趙志剛教授介紹，蔗糖等光合作用產(chǎn)物在源（葉片）和庫（果實和種子）器官間的分配與運輸是直接影響農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素。生長素是植物體內(nèi)的一種非常重要的激素，具有調(diào)控作物生長發(fā)育的多種生理功能。然而，目前關(guān)于生長素和蔗糖這兩大信號分子如何協(xié)同調(diào)控作物生長發(fā)育的分子機制仍然不清楚。
在前期研究中，該團隊篩選獲得了一個水稻生長素氧化雙加氧酶失活的dao 突變體，該突變體不能將活性狀態(tài)的生長素（IAA）失活，破壞了體內(nèi)IAA的動態(tài)平衡，導(dǎo)致單性結(jié)實。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，dao 突變體葉片中蔗糖含量增加，但花器官（漿片、花藥和子房）中的蔗糖含量卻顯著降低。測序分析顯示，在dao突變體漿片中生長素轉(zhuǎn)錄因子OsARF18表達(dá)上調(diào)，而OsARF2表達(dá)下調(diào)。OsARF18的過表達(dá)系或OsARF2敲除系均能夠再現(xiàn) dao 突變體的表型。實驗證明， OsARF2 通過直接結(jié)合 OsSUT1 啟動子中的糖響應(yīng)元件調(diào)節(jié)其表達(dá)，而 OsARF18 則通過直接結(jié)合生長素反應(yīng)元件或糖響應(yīng)元件抑制 OsARF2 和 OsSUT1 表達(dá)，從而調(diào)控蔗糖從源到庫的運輸。而在 dao 和 Osarf2 突變體中過表達(dá) OsSUT1基因，能顯著提高突變體穎花張開率和小穗結(jié)實率。這些研究結(jié)果揭示了生長素信號級聯(lián)反應(yīng)調(diào)控蔗糖轉(zhuǎn)運子表達(dá)，調(diào)節(jié)蔗糖從源（葉片）到庫（漿片、花藥和子房）的分配，進(jìn)而影響水稻穎殼張開、花藥開裂和籽粒灌漿結(jié)實的分子機制，為通過協(xié)調(diào)源-庫-流分配提高農(nóng)作物產(chǎn)量提供了重要理論依據(jù)。
該研究是萬建民院士團隊在水稻秈粳交雜種優(yōu)勢利用和生長發(fā)育領(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展。前期研究相繼發(fā)表在《科學(xué)（Science）》《自然（Nature）》和《植物細(xì)胞（The Plant Cell）》等雜志上。研究得到了國家自然科學(xué)基金重大項目、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121671119
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