近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻所合作，闡明了生長(zhǎng)素調(diào)控水稻光合產(chǎn)物在源庫(kù)間分配的分子機(jī)制，為利用源-庫(kù)-流提高農(nóng)作物產(chǎn)量提供了重要理論依據(jù)，該研究是團(tuán)隊(duì)在水稻秈粳交雜種優(yōu)勢(shì)利用和生長(zhǎng)發(fā)育領(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊（PNAS）》。
蔗糖等光合作用產(chǎn)物在源（葉片）和庫(kù)（果實(shí)和種子）器官間的分配與運(yùn)輸是直接影響農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素。生長(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育的多種生理功能。然而，目前關(guān)于生長(zhǎng)素和蔗糖這兩大信號(hào)分子如何協(xié)同調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制仍然不清楚。
在前期研究中，該團(tuán)隊(duì)篩選獲得了一個(gè)水稻生長(zhǎng)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(zhǎng)素（IAA）失活，破壞了體內(nèi)IAA的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致單性結(jié)實(shí)。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(cè)序分析顯示，在dao突變體漿片中生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)錄因子OsARF18表達(dá)上調(diào)，而OsARF2表達(dá)下調(diào)。OsARF18的過(guò)表達(dá)系或OsARF2敲除系均能夠再現(xiàn) dao 突變體的表型。實(shí)驗(yàn)證明， OsARF2 通過(guò)直接結(jié)合 OsSUT1 啟動(dòng)子中的糖響應(yīng)元件調(diào)節(jié)其表達(dá)，而 OsARF18 則通過(guò)直接結(jié)合生長(zhǎng)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(kù)的運(yùn)輸。而在 dao 和 Osarf2 突變體中過(guò)表達(dá) OsSUT1 基因，能顯著提高突變體穎花張開(kāi)率和小穗結(jié)實(shí)率。研究結(jié)果揭示了生長(zhǎng)素信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)調(diào)控蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)子表達(dá)，調(diào)節(jié)蔗糖從源（葉片）到庫(kù)（漿片、花藥和子房）的分配，進(jìn)而影響水稻穎殼張開(kāi)、花藥開(kāi)裂和籽粒灌漿結(jié)實(shí)的分子機(jī)制，為通過(guò)協(xié)調(diào)源-庫(kù)-流分配提高農(nóng)作物產(chǎn)量提供了重要理論依據(jù)。
研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121671119
