近日，中國(guó)水稻研究所水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張健團(tuán)隊(duì)與胡培松院士團(tuán)隊(duì)合作，在《分子植物》發(fā)表論文稱，他們首次揭示了“植物胰島素”6-磷酸-海藻糖(Tre6P)調(diào)控水稻碳源分配與籽粒產(chǎn)量的機(jī)制，為作物高產(chǎn)遺傳改良提供了新思路。
糖是能量和細(xì)胞碳骨架的供體，也是調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要信號(hào)分子。近年來(lái)，植物中的6-磷酸-海藻糖被發(fā)現(xiàn)具有類似胰島素的功能，可通過(guò)促進(jìn)源—庫(kù)轉(zhuǎn)運(yùn)等形式反饋調(diào)節(jié)糖水平，維持糖穩(wěn)定。6-磷酸-海藻糖廣泛參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育與逆境響應(yīng)等生理過(guò)程，并表現(xiàn)出極大的改良作物產(chǎn)量的潛力。在玉米中異源表達(dá)水稻6-磷酸-海藻糖磷酸酶基因(OsTPP1)，可讓玉米產(chǎn)量提升9%—49%。直接噴施可吸收的6-磷酸-海藻糖前體，亦可使小麥增產(chǎn)20%。然而，6-磷酸-海藻糖如何與其他能量調(diào)控因子互作協(xié)調(diào)碳源分配，科學(xué)家還不清楚。
研究團(tuán)隊(duì)在水稻中鑒定了一個(gè)糖誘導(dǎo)表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子OsNAC23。該轉(zhuǎn)錄因子可直接抑制6-磷酸-海藻糖中磷酸酶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)6-磷酸-海藻糖的累積。與野生型相比，超表達(dá)該轉(zhuǎn)錄因子的植株，其源器官中6-磷酸-海藻糖含量上升，促進(jìn)光合速率、碳源的源-庫(kù)轉(zhuǎn)運(yùn)以及穗、種子等庫(kù)器官發(fā)育，大幅提升植株單株產(chǎn)量。進(jìn)一步研究顯示，該轉(zhuǎn)錄因子能與6-磷酸-海藻糖、能量饑餓感受器形成一條正向調(diào)節(jié)回路來(lái)維持水稻碳源分配和籽粒產(chǎn)量。
該研究團(tuán)隊(duì)在主栽品種南粳46等3個(gè)背景中過(guò)量表達(dá)OsNAC23基因。多年多地的區(qū)試結(jié)果表明，相較于野生型，其在生長(zhǎng)后期表現(xiàn)出典型的青稈黃熟的高產(chǎn)性狀，有效穗數(shù)和千粒重顯著增加，產(chǎn)量提升8.7%—16.1%，為利用6-磷酸-海藻糖相關(guān)基因改良作物產(chǎn)量提供了優(yōu)異的基因資源和應(yīng)用示范。(馬愛(ài)平)
關(guān)鍵詞： 植物胰島素 中國(guó)水稻研究所 水稻生物學(xué) 國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
