当前位置:首页 >> 正文内容

水稻团队揭示水稻粒型调控新网络

信息来源:作物遗传改良国家重点实验室    发布时间:2018-03-05
谷粒大小和重量是水稻产量构成的主要性状之一,还对水稻的品质有重要影响。2月27日,国际学术期刊《Nature Communications》在线发表了我室水稻研究团队以题为“A G-protein pathway determines grain size in rice(G蛋白调控途径决定水稻粒型)”的研究论文。GS3是控制水稻粒长效应最大也是最重要的基因,研究结果阐明了GS3所在的G蛋白复杂网络参与粒型与粒重调控的协同互作机制。我校博士研究生孙生远为该论文的第一作者,张启发教授与欧阳亦聃教授为共同通讯作者。

水稻产量由有效穗数、每穗实粒数和粒重这三个要素决定,而粒型是粒重的决定因素。不同水稻品种在粒型上存在很大差异,因此粒型是非常重要的产量性状、外观品质性状,以及作物驯化和人工育种的目标性状。GS3是国际上分离的禾本科植物的首个粒型基因,该基因是水稻粒型的负调控因子,早在2006年由张启发教授团队发现并克隆,2010年进一步在《美国科学院院刊》(PNAS)解析了GS3的功能机制,其编码蛋白N端含有一个植物特有的器官大小调控区,是GS3发挥功能的关键。

最新的研究发现,水稻G蛋白α、β和γ亚基均参与水稻种子大小的协同调控。水稻中共存在三个非典型G蛋白γ亚基GS3、DEP1和GGC2,它们由于蛋白C端结构域的变异导致其功能分化。其中DEP1和GGC2的C端结构域介导G蛋白的信号传导,其功能的发挥依赖G蛋白β亚基RGB1和α亚基RGA1。GS3在G蛋白信号途径中扮演刹车的作用:通过N端结构域竞争结合RGB1,从而抑制DEP1/GGC2的下游信号,进而负调控粒长和粒重;通过C端结构域调节自身蛋白的稳定性,从而准确控制参与竞争结合RGB1的GS3蛋白水平,达到对这个系统的精确调控。

基于三个Gγ蛋白的协同互作方式和调控机制,可以对GS3、DEP1以及GGC2的不同等位基因组合进行操作,可以实现粒长从降低35%到增加19%,粒重从降低40%到增加28%范围内不同程度的精准调控,提高水稻的外观品质和产量,对水稻的遗传改良具有重要的利用价值。本研究发现的G蛋白调控网络在禾本科作物中高度保守,可应用于玉米、小麦、高粱和小米等多种禾谷类作物的产量和品质改良。此外,G蛋白正向信号途径在双子叶植物也同样保守,可用于马铃薯、番茄和大豆等双子叶作物的遗传改良和育种。

中国·湖北·武汉 南湖狮子山街一号 430070 Tel:+86-27-87282027 Fax:+86-27-87384670

CopyRight (C) 2014 版权所有 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室 技术支持:阳光飞工作室