分枝是植物株型發(fā)育的主要決定因素，同時(shí)也是決定產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀之一。植物激素，如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素等，在調(diào)控植物株型中起到了關(guān)鍵作用。獨(dú)角金內(nèi)酯是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種植物激素，該激素可通過抑制側(cè)芽的生長(zhǎng)在株型建成中發(fā)揮關(guān)鍵作用。對(duì)不同植物激素之間相互調(diào)控關(guān)系的解析與研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

 

　　中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋研究組長(zhǎng)期從事水稻株型建成調(diào)控機(jī)制的研究，對(duì)獨(dú)腳金內(nèi)酯的合成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的解析。此前他們鑒定了獨(dú)角金內(nèi)酯信號(hào)途徑中關(guān)鍵的負(fù)調(diào)控因子Dwarf53 （D53），解析了獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的“去抑制化激活”機(jī)制（Jiang et al., Nature, 2013）。最新的研究表明，獨(dú)腳金內(nèi)酯人工合成類似物rac-GR24能夠快速激活水稻細(xì)胞分裂素氧化酶/脫氫酶基因OsCKX9 （CYTOKININ OXIDASE/DEHYDROGENASE 9）的表達(dá)，且該誘導(dǎo)激活依賴于D53。體內(nèi)與體外實(shí)驗(yàn)均表明OsCKX9具有分解細(xì)胞分裂素的活性。與之對(duì)應(yīng)，水稻d53突變體莖基部中，OsCKX9的表達(dá)量顯著降低，細(xì)胞分裂素含量顯著升高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，rac-GR24對(duì)細(xì)胞分裂素A型響應(yīng)調(diào)節(jié)子基因OsRR5 （RESPonSE REGULATOR 5）具有抑制效應(yīng)，且這種抑制效應(yīng)依賴于OsCKX9，證明OsRR5是在OsCKX9下游的一個(gè)獨(dú)角金內(nèi)酯次級(jí)響應(yīng)基因。osckx9功能缺失突變體與過表達(dá)材料都表現(xiàn)出矮生多分蘗的表型。該研究結(jié)果證明了獨(dú)角金內(nèi)酯與細(xì)胞分裂素之間存在直接的調(diào)控關(guān)系，即獨(dú)角金內(nèi)酯可通過其響應(yīng)基因OsCKX9直接調(diào)控細(xì)胞分裂素水平，進(jìn)而影響細(xì)胞分裂素下游信號(hào)通路來調(diào)控水稻發(fā)育。

 

　　研究成果于6月24日在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》雜志在線發(fā)表（PNAS，DOI：10.1073/pnas.1810980116）。李家洋研究組已畢業(yè)的博士研究生段靜波和副研究員余泓為該論文的共同第一作者，李家洋為通訊作者。主要合作者包括遺傳發(fā)育所博士褚金芳。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部和中科院先導(dǎo)A項(xiàng)目的資助。

　　圖： 水稻中獨(dú)角金內(nèi)酯與細(xì)胞分裂素間的調(diào)控機(jī)理