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水稻遺傳育種組王侯聰教授團隊在水稻籽粒大小和耐冷性調控研究方面取得重要進展

發布時間:2019-04-26來源:生命科學學院點擊數:1053

2019425日,廈門大學生命科學學院水稻遺傳育種組王侯聰教授團隊在《Journal of Experimental Botany》在線發表了題爲A Missense Mutation in LGS1 Increases Grain Size and Enhances Cold Tolerance in Rice ”的研究論文,揭示了水稻LGS1調控籽粒大小和耐冷性的分子機制。

水稻(Oryza sativa L.)是我國乃至全世界最重要的糧食作物之一,全球一半以上的人口以稻米爲主要食物來源,據不完全統計,全世界有100多個國家種植水稻,栽種面積巨大,其中90%左右集中在亞洲的東亞、東南亞、南亞地區。中國水稻播種面積占全國糧食作物的1/4,而産量則占到一半以上,我國有高達60%的人口以水稻爲主食,是世界上最大的稻米生産國和消費國。

隨著世界人口的增長、耕地面積的有限性、全球氣候變化頻繁,水稻生産面臨著嚴峻挑戰,提高水稻産量和改善稻米品質是水稻遺傳育種研究的永恒主題。粒形由粒長、粒寬、粒厚及千粒重組成,是影響水稻産量和稻米品質的主要農藝性狀之一,是衡量稻米外觀品質的重要指標。

    生命科學學院水稻遺傳育種組王侯聰教授團隊自20世紀90年代以來一直致力于大粒優質水稻新品種的遺傳育種研究,該研究以福建當地品種(麻85Ma85)通過60Co-γ射線輻照水稻成熟花粉誘變技術創制水稻新種質,以其中長大粒水稻突變體(JF178,佳輻178)爲研究材料,通過十多年的基礎研究工作,團隊利用近等基因系(NILs)和圖位克隆法獲得位于水稻2號染色體長臂端一個控制粒長、粒寬及千粒重的半顯性數量性狀基因座(semi-dominate Quantitative Trait LociQTLs),命名爲LGS1Large grain shape 1),並研究了其分子機制。LGS1編碼植物生長調節因子OsGRF4,定位于細胞核中,與OsGIFGRF-interacting factor)互作。突變體LGS1WRC結構域上,miR396匹配序列上存在2-bp替換導致氨基酸由絲氨酸替換成賴氨酸(S163K),堿基突變(TC-AA)減弱了miR396LGS1的靶向抑制作用。OsGRF4極顯著表達于分生組織、幼穗和灌漿過程中,在功能上增加籽粒縱向穎殼細胞長度和數量,增加橫向穎殼細胞寬度,促進胚乳細胞數量的增加,促進灌漿速率,形成大胚乳,最終增加粒長、粒寬及粒重。此外,研究發現水稻在苗期冷脅迫下,miR396表達水平顯著上調,而LGS1的突變降低miR396靶向抑制能力,並增加了苗期冷脅迫的存活率。

該研究進一步表明,LGS1的突變可能擾亂了OsGRF4-miR396-脅迫響應應答網絡,從而增加水稻粒長、粒寬及粒重,並增強水稻苗期耐冷性,爲水稻育種工作提供了重要的研究理論基礎。

  

  

廈門大學生命科學學院陳小龍博士爲論文第一作者,美國愛達荷大學洪宗烈教授、廈門大學生命科學學院黃育民教授、黃榮裕博士爲本文通訊作者。本研究得到了福建省種業創新與産業化工程項目(FJZYCXNY2017004),福建省科技計劃(2017N2010290),中国水稻生物学重點實驗室开放课题(170101)和USDA-Hatch projectIDA-01423)的資助。

原文鏈接:https://doi.org/10.1093/jxb/erz192

(生命科學學院)