近日，Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表題為“LAZY3 interacts with LAZY2 to regulate tiller angle by modulating shoot gravity perception in rice”的論文，揭示了水稻重力感應器官中淀粉代謝參與水稻莖早期的重力感應機制，豐富了水稻的重力反應和分蘗角度的遺傳調控網絡。生命科學學院在讀博士生宋宇琪為該論文的共同第一作者，生命科學學院王永紅教授和王文廣副教授為該論文的通訊作者。

分蘗角度作為水稻株型建成的重要因素之一，是決定水稻群體有效種植密度和單位面積產量的關鍵。之前的研究表明水稻的分蘗角度與莖的重力反應密切相關。植物的重力反應是指植物感受到重力刺激后重新調整生長方向從而維持各器官與重力方向最適角度的一種現象。經典的淀粉平衡石學說認為植物對重力的感應是通過植物體內富含淀粉的造粉體沉降來實現的,造粉體在重力感應細胞中作為平衡石起到感應重力的作用。植物如何感應重力一直是植物科學研究的難點和熱點。

該研究發(fā)現核基因編碼的葉綠體蛋白LAZY3(LA3)作為水稻重力感應細胞中淀粉合成的必需因子，通過介導水稻早期的重力感應參與調控水稻莖的重力反應和分蘗角度。該研究利用一個自發(fā)突變的水稻分蘗角度突變體la3，通過圖位克隆的方法克隆了LA3基因。研究表明，la3突變體分蘗角度與野生型相比顯著增大，其重力反應和生長素側向運輸存在嚴重缺陷。通過對重力感應器官中的淀粉進行染色發(fā)現，la3突變體重力感應組織中淀粉完全缺失。LA3編碼一個葉綠體定位的蛋白，可以通過其色氨酸富集區(qū)(Tryptophan-rich region，TRR)內的兩個亞結構域與淀粉結合，從而呈現出點狀分布的亞細胞定位特征。進一步研究發(fā)現LA3與實驗室前期鑒定到的一個重力感應組織中淀粉合成的必需因子LA3互作，并與淀粉合成途徑中的關鍵酶OspPGM形成蛋白復合體調控水稻重力感應器官中淀粉的合成，進而通過介導水稻早期的重力感應調控水稻重力反應和分蘗角度。遺傳學分析表明LA3與LA2作用于同一個遺傳途徑中，并位于水稻分蘗角度關鍵調控因子LA1的上游參與調控水稻重力反應和分蘗角度。有趣的是，盡管la3和la2突變體的重力感應器官中淀粉完全缺失，但其重力反應僅部分缺陷，分蘗角度也僅適度增大，表明水稻中存在一條不依賴于淀粉平衡石的重力感應途徑。該研究不僅極大地豐富了水稻分蘗角度的遺傳調控網絡，同時也對淀粉平衡石學說提出了挑戰(zhàn)。更為重要的是，LA1、LA2、LA3基因對其它產量性狀沒有顯著影響，對于三個基因的深入研究將在水稻株型改良、提高群體產量中發(fā)揮重要作用。

該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性科技先導專項、國家重點研發(fā)計劃和山東省頂尖人才“一事一議”項目的資助。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14031 

供稿單位：生命科學學院

編      輯：萬千              

審      核：賈波