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我校水稻团队在株型及分枝调控研究获得新进展

南湖网讯(记者卓冲)《美国国家科学院院刊》年12月2日(PNAS)在线发表了一篇题为《水稻营养和生殖分枝的协调调控》的研究论文。本研究通过分析三个microRNA及其靶基因在水稻株型发育中的作用和分子机制,揭示了一种新的调控水稻株型形成的方法。王乐妍博士是这篇文章的第一作者,张启发教授是通讯作者。

稻米是世界上最重要的粮食作物之一,也是我国的主食来源。提高水稻产量对确保粮食安全具有重要意义。水稻产量由每株穗数、每穗粒数和粒重组成,它们相互影响、相互制约。株型是水稻产量的重要决定因素。以“理想株型”为育种目标的遗传改良大大提高了水稻产量,但水稻株型建立的分子调控机制尚不清楚。

本研究小组先前的研究发现,在水稻幼穗发育过程中,有两组基因具有相反的表达模式。一组基因的表达随着幼穗的发育逐渐减少,而另一组基因的表达随着幼穗的发育逐渐增加。这些基因被认为与圆锥花序类型的形成有关。基于这一信息,研究人员运用反向遗传学、基因组学、分子生物学等手段揭示了微RNA156、微RNA529、微RNA172及其靶基因SPL和AP2在水稻株型构建中的调控关系。结果表明,microRNA156和microRNA529通过调节SPL基因来决定水稻分蘖和穗部发育过程,SPL基因的表达水平对决定水稻株型具有重要作用。SPL基因表达过高或过低都会导致穗部某些分枝严重衰退,表明将SPL基因调节到合适的表达水平与水稻高产有关。进一步研究表明,SPL基因可以调节大量转录调控因子的表达,其中SPL14通过直接调节microRNA172和MADS34-RCN1来决定尖峰发育。结果还表明,微RNA172及其靶基因AP2在增加穗粒数中起着重要作用。减少微RNA172或增加AP2的表达可以在不改变分蘖数的情况下大大增加每穗籽粒数,这表明微RNA172及其目的基因AP2有望成为水稻遗传改良的重要目标。本研究部分阐明了水稻株型发育的分子调控机制,对水稻遗传改良具有重要的指导意义。

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评论者:张启发

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