利用新发现的突变体基因 科学家可精准设计水稻籽粒大小

来源: 科技日报 / 作者: 2021-10-13
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科技日报讯 (记者瞿剑)记者 10 月 10 日从中国农业科学院获悉,该院作物科学研究所水稻分子设计技术与应用创新团队与国内其他科研机构合作,鉴定到一个细胞分裂素信号新组分 PPKL1,发现其可通过引诱但不接纳细胞分裂素磷酸转移蛋白 AHP2 上的磷酸基团,干扰信号传递效率,从而抑制水稻籽粒大小。团队据此建立了一套水稻籽粒大小精准设计系统。相关研究成果在线发表于《分子植物》上。

团队成员、中国农科院作物科学研究所研究员童红宁介绍,植物中经典的细胞分裂素信号转导依赖于组氨酸受体激酶、组氨酸磷酸转移蛋白以及细胞分裂素响应因子 RR 之间磷酸基团的转移,然而对这一磷酸中继过程调控的分子机制,学界仍知之甚少。另一方面,在水稻中,细胞分裂素可以显著调控穗粒数,而对粒重或籽粒大小的调控功能学界也不清楚。

团队通过大规模诱变,筛选到一个大粒显性突变体并克隆了突变体基因 PPKL1。与 RR 蛋白类似,PPKL1 可与 AHP2 蛋白直接互作,并通过模仿 RR 蛋白功能区与其竞争 AHP2 的磷酸基团,导致磷酸中继效率大幅降低。当此功能区位点突变后则丧失了对信号传递的影响,籽粒显著增大。他们以优质水稻品种空育 131 为材料,针对其该功能区进行基因编辑,获得多个可不同程度增大籽粒的基因型,部分可显著增产。

团队还创制了千粒重从 20 克到 38 克渐次分布的水稻材料,从而建立了一套水稻籽粒大小精准设计系统。该研究发现,PPKL 家族蛋白对细胞分裂素信号的抑制作用可能是一个古老的功能,其功能位点隐藏在甾醇类激素油菜素内酯信号组分中,发掘并利用这一基因,对作物进行分子设计改良具有重大应用价值。

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