植物所团队揭示影响水稻株型重要性状叶夹角形成的调控机制

学术 2024-09-14 09:18 广东

叶夹角是影响水稻株型的重要农艺性状之一。合理调控叶夹角有利于叶片充分利用光能，通过密植实现优质、高产。叶枕是连接叶片和叶鞘的特殊结构，决定叶夹角大小的形成。已有研究表明，植物激素油菜素内酯（Brassinosteroid，BR）作为重要调控因子，通过参与叶枕发育中细胞增殖、细胞伸长、细胞壁木质素沉积等进程决定叶夹角的大小。

拟南芥FOUR LIPS（AtFLP）是最早发现参与拟南芥气孔发育调控的R2R3-MYB类转录因子。中国科学院植物研究所乐捷研究组在前期工作中，获得了一个AtFLP水稻同源基因OsFLP的突变体Osflp-1。Osflp-1植株除气孔发育异常和对盐碱、干旱胁迫敏感外，还具有叶夹角增大、株型披散、旗叶下垂的表型。科研人员最新研究发现，OsFLP在发育的叶枕中具有特异、动态表达，与叶枕维管束和厚壁细胞中木质素沉积时空模式一致。研究人员通过组学分析发现，OsFLP与BR信号途径存在密切关联，OsFLP可作为OsBZR1的直接靶基因，通过促进苯丙氨酸解氨酶家族基因OsPAL4和OsPAL6的转录，参与叶枕厚壁细胞木质素沉积。同时，研究人员还验证了在Osflp-1突变体中的R3保守区域，丙氨酸被苏氨酸取代后，会导致OsFLP的DNA结合能力和转录活性降低，OsFLP可以直接调控OsBZR1上游OsGSK1转录水平，进而影响OsBZR1磷酸化状态和活性。研究结果进一步揭示BR参与调控水稻叶夹角形成的分子机制，提出了OsFLP通过与OsBZR1和OsGSK1协同精细调控叶枕机械组织中木质素沉积，形成合理叶夹角的反馈调控途径，为设计“理想株型”，完成优质、高产的水稻品种改良目标提供了新思路。

水稻OsFLP与OsBZR1和OsGSK1协同调控叶枕木质素沉积调控叶夹角大小的模式图

该研究成果于9月11日在线发表于国际学术期刊The Plant Cell。植物所已毕业博士研究生刘慧超为该文第一作者，乐捷研究员为通讯作者。相关工作得到中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae251

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