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細胞分裂素如何精準調控水稻側生分枝發育
[所屬分類:行業動態] [發布時間:2021-11-12] [發布人:網站管理員2] [閱讀次數:] [返回]
細胞分裂素如何精準調控水稻側生分枝發育
作者：張健等 來源：《植物生理學》
細胞分裂素（Cytokinin, CK）是調控植物側生分枝發育的重要激素。在水稻中，Gn1a、LOG和CKX9等側生分枝發育基因均與細胞分裂素代謝基因有關。植物如何通過細胞分裂素的精準時空表達和穩態維持來調控分枝的發生一直是一個具有生物學共性的基礎科學問題。
近日，中國水稻研究所水稻生物學國家重點實驗室研究員張健團隊發現，核定位的KNOX型同源框蛋白RLB（OsH15）可招募多梳復合體PRC2到細胞分裂素氧化酶基因OsCKX4啟動子區，對其實施組蛋白修飾抑制，調控水稻細胞分裂素的穩態，進而調節分蘗、小穗和護穎等側生器官的生長發育。相關研究成果在線發表于《植物生理學》（Plant Physiology）。
論文通訊作者張健介紹，與人類和動物的四肢相似，高等植物也可以在根部、枝干和花絮等主干部位分化出分枝。
分枝的產生可強化植株對養分、陽光和空間等資源的競爭，增加子代繁衍的數量，在進化上具有積極的意義。此外，株型和穗型等分枝也是作物產量形成的決定因素。
該團隊以水稻中花11 背景的側生分枝發育突變體rlb為材料，開展了表型鑒定、基因克隆、調控機理和改良應用的研究。突變體rlb表現為半矮稈、多分蘗、稀穗、多輪花序發育異常，灌漿受阻、愈傷組織再生困難等典型的細胞分裂素缺乏性狀。與野生型相比，rlb中的反式玉米素核苷、玉米素和異戊烯基腺苷等細胞分裂素活性成分顯著下降。同時，外施玉米素可大幅回復rlb愈傷組織的再生效率。
研究發現，細胞分裂素氧化酶基因OsCKX4的表達水平在突變體rlb中顯著上調。實驗證實，RLB蛋白直接與OsCKX4啟動子結合并抑制其轉錄。OsCKX4在穗及充實中的種子里表達水平高，而OsCKX4 mRNA在穗次級分生組織大量積累。OsCKX4過表達株系有著與rlb突變體相似的表型。
RLB與多梳復合體PRC2成員EMF2b存在互做，并與PRC2介導的組蛋白抑制修飾H3K27me3在OsCKX4啟動子中存在共定位。由此作者認為，RLB可能通過招募PRC2介導的H3K27me3組蛋白抑制修飾調控OsCKX4的表達，從而精細調節CK的分解代謝和水稻側枝分化。
該研究為水稻細胞分裂素穩態與植株側生分枝的關系研究提供了新視角，也為水稻遺傳改良提供了基因資源。
該研究得到了國家自然科學基金, 中央級公益性科研院所基本科研業務費專項的支持。（來源：中國科學報 李晨）
相關論文信息：//doi.org/10.1093/plphys/kiab494
作者：張健等 來源：《植物生理學》
細胞分裂素（Cytokinin, CK）是調控植物側生分枝發育的重要激素。在水稻中，Gn1a、LOG和CKX9等側生分枝發育基因均與細胞分裂素代謝基因有關。植物如何通過細胞分裂素的精準時空表達和穩態維持來調控分枝的發生一直是一個具有生物學共性的基礎科學問題。
近日，中國水稻研究所水稻生物學國家重點實驗室研究員張健團隊發現，核定位的KNOX型同源框蛋白RLB（OsH15）可招募多梳復合體PRC2到細胞分裂素氧化酶基因OsCKX4啟動子區，對其實施組蛋白修飾抑制，調控水稻細胞分裂素的穩態，進而調節分蘗、小穗和護穎等側生器官的生長發育。相關研究成果在線發表于《植物生理學》（Plant Physiology）。
論文通訊作者張健介紹，與人類和動物的四肢相似，高等植物也可以在根部、枝干和花絮等主干部位分化出分枝。
分枝的產生可強化植株對養分、陽光和空間等資源的競爭，增加子代繁衍的數量，在進化上具有積極的意義。此外，株型和穗型等分枝也是作物產量形成的決定因素。
該團隊以水稻中花11 背景的側生分枝發育突變體rlb為材料，開展了表型鑒定、基因克隆、調控機理和改良應用的研究。突變體rlb表現為半矮稈、多分蘗、稀穗、多輪花序發育異常，灌漿受阻、愈傷組織再生困難等典型的細胞分裂素缺乏性狀。與野生型相比，rlb中的反式玉米素核苷、玉米素和異戊烯基腺苷等細胞分裂素活性成分顯著下降。同時，外施玉米素可大幅回復rlb愈傷組織的再生效率。
研究發現，細胞分裂素氧化酶基因OsCKX4的表達水平在突變體rlb中顯著上調。實驗證實，RLB蛋白直接與OsCKX4啟動子結合并抑制其轉錄。OsCKX4在穗及充實中的種子里表達水平高，而OsCKX4 mRNA在穗次級分生組織大量積累。OsCKX4過表達株系有著與rlb突變體相似的表型。
RLB與多梳復合體PRC2成員EMF2b存在互做，并與PRC2介導的組蛋白抑制修飾H3K27me3在OsCKX4啟動子中存在共定位。由此作者認為，RLB可能通過招募PRC2介導的H3K27me3組蛋白抑制修飾調控OsCKX4的表達，從而精細調節CK的分解代謝和水稻側枝分化。
該研究為水稻細胞分裂素穩態與植株側生分枝的關系研究提供了新視角，也為水稻遺傳改良提供了基因資源。
該研究得到了國家自然科學基金, 中央級公益性科研院所基本科研業務費專項的支持。（來源：中國科學報 李晨）
相關論文信息：//doi.org/10.1093/plphys/kiab494
