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李云海研究组等发现了水稻种子大小调控的重要机制

  水稻是我国的主要粮食作物之一,粒重、穗粒数和有效穗数是水稻产量三要素。因此水稻的籽粒大小影响着水稻的产量。目前已经克隆了一些控制水稻种子大小的重要基因,但水稻种子大小调控的分子机理仍不清楚。中国科学院遗传与发育生物学研究所的李云海团队与姚善国团队、田志喜团队以及中国科学院大学的柴团耀团队合作,揭示了一个MAPK级联信号通路在水稻种子大小调控上起重要作用,对提高作物产量有潜在的应用价值。 

 

  MAPK信号途径介导了多个植物生长发育过程。MAPK途径的基本组成包括:MAPK激酶激酶(MKKK),MAPK激酶(MKK)和MAPK。植物感受信号后,这三种激酶依次激活来调控下游基因的表达,从而调控生物体的生长发育以及对环境的响应等。李云海团队前期的研究发现OsMKK4丢失功能突变体(smg1)种子变小(Duan et al., Plant Journal 2014)。近期研究鉴定了OsMKK4的功能获得突变体large11-1D,产生大的种子。 同时也鉴定了与smg1表型相似的突变体smg2SMG2编码了水稻OsMKKK10。过表达持续激活的OsMKKK10可以使种子变大。生化分析显示OsMKKK10可以依次激活OsMKK4和一个MAPKOsMAPK6)。进一步分析显示OsMAPK6的活性增强会导致水稻种子变大,而活性减弱会导致种子变小。遗传分析显示OsMKKK10OsMKK4OsMAPK6作用在相同的遗传途径调控种子大小。因此,这些研究揭示了OsMKKK10OsMKK4OsMAPK6作为一个级联信号通路来调控水稻种子大小的分子遗传机理。 

 

  这一研究结果于2018424日在线发表于Molecular Plant杂志(DOI10.1016/j.molp.2018.04.004)。李云海研究组的徐冉博士,段朋根博士和硕士研究生于海跃为该论文的共同第一作者。该研究得到了科技部重大研发计划,国家自然科学基金和中科院先导专项B的资助。 

 

    

图:MAPK信号途径调控水稻种子大小的分子机理