近日，Plant Biotechnology Journal雜志在線發(fā)表了生命科學(xué)學(xué)院王永紅教授課題組及其合作團(tuán)隊(duì)的研究論文"LAZY5 acts in a LAZY1-independent pathway to regulate rice tiller angle"。該研究成功鑒定到一個(gè)協(xié)同調(diào)控水稻分蘗角度和分蘗數(shù)的關(guān)鍵基因LAZY5（LA5），并揭示了該基因通過不依賴于LA1的新途徑調(diào)控水稻莖的生長素側(cè)向運(yùn)輸進(jìn)而調(diào)控重力反應(yīng)和分蘗角度的分子機(jī)制。這一重要發(fā)現(xiàn)不僅豐富了水稻株型建成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，完善了相關(guān)理論體系，更為水稻高產(chǎn)育種提供了寶貴的基因資源，對(duì)作物株型遺傳改良具有重要的理論指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。近年來，王永紅團(tuán)隊(duì)在水稻分蘗角度研究領(lǐng)域取得了一系列重要研究進(jìn)展，系統(tǒng)解析了水稻分蘗角度遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

水稻分蘗角度是指最外側(cè)分蘗與垂直線之間的夾角，是決定水稻株型的重要農(nóng)藝性狀之一，直接影響水稻種植密度和光能利用效率，進(jìn)而影響產(chǎn)量。研究表明，莖的重力反應(yīng)是調(diào)控水稻分蘗角度的核心生物學(xué)過程。其中，生長素側(cè)向運(yùn)輸（LAT）在介導(dǎo)重力信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和株型塑造中發(fā)揮關(guān)鍵作用。LA1作為首個(gè)被克隆的水稻分蘗角度基因，其功能缺失會(huì)導(dǎo)致生長素分布紊亂和莖重力反應(yīng)顯著減弱。近年來，多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)鑒定了一系列依賴于LA1途徑調(diào)控分蘗角度的關(guān)鍵基因，然而，la1突變體莖仍保留部分重力反應(yīng)能力，暗示存在未知的LA1非依賴調(diào)控新途徑，但長期以來缺乏直接遺傳證據(jù)。生命科學(xué)學(xué)院王永紅課題組及其合作團(tuán)隊(duì)的最新研究填補(bǔ)了這一空白。他們鑒定到一個(gè)協(xié)同調(diào)控分蘗角度和分蘗數(shù)的關(guān)鍵基因LA5，該基因編碼ABCG亞家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可通過與生長素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsPIN3t互作調(diào)控生長素側(cè)向運(yùn)輸，進(jìn)而影響莖的重力反應(yīng)和分蘗角度。尤為重要的是，該研究首次揭示LA5通過獨(dú)立于LA1的新途徑調(diào)控水稻分蘗角度，為完善水稻株型調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了關(guān)鍵遺傳證據(jù)（圖1）。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)分蘗角度分子機(jī)制的理解，更為協(xié)同改良分蘗角度和分蘗數(shù)、提高水稻產(chǎn)量提供了新的基因資源和育種策略。通過構(gòu)建單倍型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，HC2與HC3之間存在明顯的遺傳分化，并以HC1作為祖先單倍型形成過渡，提示LA5在馴化過程中經(jīng)歷了選擇驅(qū)動(dòng)的單倍型分化。表型-基因型關(guān)聯(lián)分析揭示，攜帶HC2單倍型的材料具有顯著大于HC3的分蘗角，表明LA5的自然變異與株型表型存在明確的相關(guān)性。這一研究為理解水稻株型性狀的馴化歷史提供了新的分子證據(jù)。該研究突破了長期以來對(duì)LA1單一遺傳通路的認(rèn)知，繪制了更完整的水稻株型調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本研究為通過精準(zhǔn)調(diào)控LA5表達(dá)來平衡分蘗角度與分蘗數(shù)的高產(chǎn)育種提供了新策略。

圖1.LA5調(diào)控水稻側(cè)向生長素運(yùn)輸和分蘗角度新途徑的工作模型

生命科學(xué)學(xué)院王文廣副教授、崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室桑大軍青年科學(xué)家、山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院李鵬教授為該論文的共同第一作者；王永紅教授、李家洋院士和薛紅衛(wèi)教授為該研究工作共同通訊作者。研究工作得到了生物育種-國家科技重大專項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金和山東省“泰山學(xué)者”人才工程等項(xiàng)目的支持。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波