Plant Physiol | 中国农科院作科所李学勇课题组揭示水稻叶片卷曲的调控新机制

BioArt植物 · 公众号 · · 2021-01-20 20:01

正文

责编 | 王一

叶片作为水稻光合作用的主要场所，其形态改良是水稻株型育种的重要目标之一。叶片适度卷曲有利于塑造紧凑株型、改善群体结构、提高光合效率和产量。目前虽已在水稻中克隆获得多个控制叶片卷曲的基因，但是各个基因在遗传和生化水平的关系仍然未知，有待于克隆更多基因，构建和完善水稻叶片卷曲分子调控网络。另外，已克隆的多数卷叶基因突变后伴随矮化、育性降低等不利产量性状，因此没能在育种中得以有效利用。

2021年1月13日，中国农科院作科所 李学勇 课题组在 Plant Physiology 在线发表了题为 The URL1-ROC5-TPL2 transcriptional repressor complex represses the ACL1 gene to modulate leaf rolling in rice 的研究论文。该研究发现，URL1-ROC5-TPL2可形成转录抑制复合物，直接结合到泡状细胞发育正调控因子 ACL1 启动子上并抑制其表达，进而调控水稻叶片的卷曲。

该研究利用 EMS 诱变粳稻品种日本晴，获得了一份半显性内卷叶突变体 U rl1 ( Upward r olled l eaf1 ) ，其叶片上表皮泡状细胞数目和面积减少，导致叶片内卷，因而该突变体株型直立，但株高、穗型、育性及籽粒大小均未受到不利影响，适宜在高密度条件下种植。利用图位克隆的方法分离获得了 URL 1 基因，该基因编码 HD-ZIP IV 家族转录因子 ROC8 。在 Url1 突变体中，该基因 3’-UTR 区特异且保守的 CNS2 motif 发生了一个单碱基替换 (C-T) ，增强了其 mRNA的稳定性，使得 URL1 基因在突变体中的表达量显著高于野生型。进一步生化分析表明， URL1 可与另一 HD-ZIP IV 家族成员 ROC5及转录抑制辅助因子TPL2形成转录抑制复合物，直接结合到泡状细胞发育正调控因子 ACL1 基因启动子上并抑制其表达。在 Url1 突变体中，采用基因编辑技术分别敲除 TPL2 或 ROC5 基因或超表达 ACL1 基因均可部分抑制其卷叶表型。