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中國科學院遺傳發育所農業資源中心等在谷子株型調控研究中取得進展

放大字體 縮小字體 發布日期:2020-08-26 11:14:27 來源: 原文鏈接查看

  合理提高作物種植密度來實現有限耕地條件下的糧食產量提升,是解決糧食安全問題的主要途徑之一。葉片是作物光合作用和有機物合成的主要器官,葉片形態建成與作物株型相關,可直接影響作物種植密度及產量。為提高密植狀態下作物的光合作用及產量,作物育種過程中追求葉片直立(即葉片不下垂)而又緊湊(即葉片與莖的夾角?。?。BR是重要的植物生長發育調節激素,圍繞BR信號調控葉片與莖的夾角已經開展了大量深入機理的研究,但關于葉片直立與下垂的遺傳基礎尚缺乏認識,制約了禾谷類作物株型改良的效率和水平。

 

  近期,中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心與中國農業科學院作物科學研究所聯合開展的谷子株型調控研究工作取得進展,闡釋了谷子的披垂葉基因(DROOPY LEAF1)作為油菜素內酯(BR)激素信號的“剎車”基因如何調控葉片直立與披垂。

 

  該研究利用谷子(Setaria italica)葉片嚴重披垂的突變體 (droopy leaf 1,dpy1),克隆了控制谷子葉片披垂的基因(DPY1)。該基因編碼了一個新的富亮氨酸重復型膜蛋白受體激酶,其編碼蛋白可以與油菜素內酯的共受體(SiBAK1)通過胞內的激酶結構互作,并競爭性地抑制油菜素內酯受體(SiBRI1)與共受體(SiBAK1)間的互作水平,從而以負反饋的方式抑制早期油菜素內酯信號的過度激活。因此,DPY1起到了“剎車”基因的作用(圖2)。該過程可以促進葉片中脈的遠軸厚壁細胞分裂及木質素的沉積,從而提高葉片的支撐力并促進葉片直立性。此外,該研究通過玉米披垂葉基因回補谷子突變體(dpy1)試驗,證實在禾本科作物中這種機制是保守和共享的。該研究成果揭示了禾谷類作物葉片堅實度的遺傳學基礎及其調控機制,為作物株型改良提供了新的基因資源及研究思路。

 

  谷子是我國的原產作物,且至今仍是旱作生態農業的主栽作物,在食物多樣性和種植業結構調整中具有不可或缺的作用。谷子及其野生種青狗尾草(Setaria viridis)由于基因組小、高效轉化、生育期短,且易于實驗室培養操作,正在快速發展成為禾本科黍亞科和C4光合作用的模式植物。該研究也證實了谷子作為功能基因組研究模式植物的潛力,有助于促進谷子模式植物體系的發展。

 

  相關成果以DROOPY LEAF1 Controls Leaf Architecture by Orchestrating Early Brassinosteroid Signaling(披垂葉基因通過調控早期油菜素內酯信號來控制谷子株型)為題,發表在《美國科學院院刊》上。農業資源中心博士趙美丞,作物科學研究所副研究員湯沙、博士張皓珊為論文共同第一作者;作物科學研究所研究員刁現民、農業資源中心研究員劉西崗為共同通訊作者。研究得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院STS計劃、河北省自然科學基金等項目的資助。

 

  論文鏈接

  DPY1通過油菜素內酯信號調控葉片披垂

  DPY1調控葉型的分子機制

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