中国农业科学院作科所发现油菜素甾醇调控水稻茎节差异伸长的新机制

　　近日，中国农业科学院作物科学研究所水稻分子设计技术与应用创新团队研究发现，蛋白DLT与同源框蛋白OSH15形成蛋白复合物，靶向调节OsBRI1基因，并通过差异表达协调油菜素甾醇含量和信号来控制水稻不同茎节差异伸长的分子机制。7月5日，相关研究成果在《植物细胞（The Plant Cell）》在线发表。

 

　　据童红宁研究员介绍，水稻茎通常由5-7个不同长度的可见节间组成，决定着水稻的株高、穗发育和抗倒伏能力，影响作物田间表现和实际产量。植物激素油菜素甾醇（BR）调控水稻等作物的叶夹角、株高及籽粒大小等重要农艺性状，在水稻中，典型的油菜素甾醇缺陷突变体通常表现为不同节间差异缩短的矮化模式。例如，BR受体基因OsBRI1突变体d61的不同等位，根据严重程度表现为第二茎节比例特异性缩短的dm型矮化，或除最上节外下部茎节特异性缩短的d6型矮化。这一现象暗示油菜素甾醇对水稻不同茎节的组织模式具有重要调控作用，但这一过程具体如何实现的还不清楚。

 

　　该研究利用团队前期鉴定的油菜素甾醇信号缺陷突变体dlt进行大规模诱变，针对节间性状对约2.5万株突变体进行筛选，分离出两个d6型矮化突变体，发现两突变体均携带d6型矮化奠基基因OSH15的等位突变。实验分析显示DLT与OSH15在不同组织存在协同、上位及加性等多种遗传效应，两蛋白共同调控大量基因的表达，并且调控数量和幅度在不同组织均具有差异。另一方面，分子实验证明OSH15可以与DLT形成复合体，且OSH15与DLT在最上节和下部茎节具有相反的表达模式，同时DLT以剂量依赖方式促进OSH15对OsBRI1的直接激活效应。值得注意的是，BR含量在突变体的幼穗和茎节中呈现了相反的变化趋势，进一步说明BR信号和BR合成之间的反馈调节作用在不同组织中也具有差异。该研究揭示了BR在协调不同茎节伸长过程中的重要作用，为水稻不同茎节长度的定制化分子设计提供了参考。这一工作得到期刊的高度评价，同期撰文评论道“该工作所鉴定的新的BR调控基因不仅可特异性地降低水稻某些茎节长度，而且能促进籽粒大小，从而同时优化作物株型和粒型，继利用赤霉素相关基因改良株高所促成的第一次绿色革命之后，BR相关基因有望成为推动下一代绿色革命的重要突破口。”

 

　　作科所助理研究员牛梅和中科院遗传发育所已毕业研究生汪鸿儒为论文共同第一作者，童红宁研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、海南省崖州湾种子实验室和中国农科院创新工程和基本科研业务费等项目资助。

 

　　DLT和OSH15精细调控BR信号和代谢协调水稻不同茎节差异伸长

 

　　原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koac196