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陈凡研究组在水稻分蘖发育调控研究中取得新进展

  自然界中,禾本科作物通常存在两种分枝策略:单秆或少分蘖的强顶端优势,如玉米、高粱等;主茎与分蘖无显著差别的弱顶端优势,如小麦、水稻等。两种分枝类型都是决定作物产量的重要因素。研究表明,TCP转录因子TB1 (TEOSINTE BRANCHED 1) 是决定栽培玉米强顶端优势的关键因子。然而,决定水稻等弱顶端优势的因子仍未知。 

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所陈凡研究团队与中国水稻研究所朱旭东研究组合作发现OsWUS在水稻弱顶端优势中发挥重要功能。OsWUS,也称MOC3/TAB1/SRT1 (MONOCULM3/TILLERS ABSENT1/STERILE AND REDUCED TILLERING1),是拟南芥分生组织干细胞维持关键基因WUS (WUSCHEL)在水稻中的同源基因,对水稻分蘖芽的形成和生长起重要作用。研究团队在前期分离得到了一个OsWUS功能缺失突变体dc1 (decreased culm number 1),表型分析发现dc1表现出分蘖数目减少、穗部小花畸形和雌不育的表型;深入研究表明,dc1分蘖芽生长受主茎显著抑制,表现出生长素响应和顶端优势增强的表型;分蘖期去除dc1主茎顶端或敲除生长素作用相关基因ASP1 (ABERRANT SPIKELET AND PANICLE1) 能够解除主茎对分蘖芽的抑制,从而促进分蘖芽的生长;通过对野生型和dc1去顶前后转录组比较分析发现,去顶对dc1突变体转录调控的影响显著高于野生型;进一步转录调控网络预测发现,去顶会显著影响dc1突变体中分生组织关键因子OSH1 (ORYZA SATIVA HOMEOBOX1) 下游靶转录因子的表达,暗示OsWUSOSH1转录调控网络存在未知的分子连接。综上,本研究揭示了OsWUS通过影响顶端优势促进分蘖芽生长的分子机制,提高了人们对水稻分蘖发育机理的认识。 


        该研究于20201016日在The Plant Journal杂志上在线发表(DOI:10.1111/tpj.15026),陈凡研究组方晓华副研究员为该论文的通讯作者,陈凡组已毕业的夏天雨博士和中国水稻研究所陈红旗研究员为共同第一作者。该工作得到中科院先导专项和国家自然科学基金委项目的资助。 

    

图:OsWUS调控分蘖芽生长工作模型