厦门大学最新文章:水稻籽粒大小和耐冷性调控研究新进展

【字体: 时间:2019年05月22日 来源:厦门大学

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  LGS1的突变可能扰乱了OsGRF4-miR396-胁迫响应应答网络,从而增加水稻粒长、粒宽及粒重,并增强水稻苗期耐冷性,为水稻育种工作提供了重要的研究理论基础。

  

水稻(Oryza sativa L.)是我国乃至全世界最重要的粮食作物之一,全球一半以上的人口以稻米为主要食物来源,据不完全统计,全世界有100多个国家种植水稻,栽种面积巨大,其中90%左右集中在亚洲的东亚、东南亚、南亚地区。中国水稻播种面积占全国粮食作物的1/4,而产量则占到一半以上,我国有高达60%的人口以水稻为主食,是世界上最大的稻米生产国和消费国。

随着世界人口的增长、耕地面积的有限性、全球气候变化频繁,水稻生产面临着严峻挑战,提高水稻产量和改善稻米品质是水稻遗传育种研究的永恒主题。粒形由粒长、粒宽、粒厚及千粒重组成,是影响水稻产量和稻米品质的主要农艺性状之一,是衡量稻米外观品质的重要指标。

厦门大学生命科学学院水稻遗传育种组王侯聪教授团队在《Journal of Experimental Botany》在线发表了题为“A Missense Mutation in LGS1 Increases Grain Size and Enhances Cold Tolerance in Rice ”的研究论文,揭示了水稻LGS1调控籽粒大小和耐冷性的分子机制。

王侯聪教授团队自20世纪90年代以来一直致力于大粒优质水稻新品种的遗传育种研究,该研究以福建当地品种(麻85,Ma85)通过60Co-γ射线辐照水稻成熟花粉诱变技术创制水稻新种质,以其中长大粒水稻突变体(JF178,佳辐178)为研究材料,通过十多年的基础研究工作,团队利用近等基因系(NILs)和图位克隆法获得位于水稻2号染色体长臂端一个控制粒长、粒宽及千粒重的半显性数量性状基因座(semi-dominate Quantitative Trait Loci,QTLs),命名为LGS1(Large grain shape 1),并研究了其分子机制。

LGS1编码植物生长调节因子OsGRF4,定位于细胞核中,与OsGIF(GRF-interacting factor)互作。突变体LGS1在WRC结构域上,miR396匹配序列上存在2-bp替换导致氨基酸由丝氨酸替换成赖氨酸(S163K),碱基突变(TC-AA)减弱了miR396对LGS1的靶向抑制作用。

OsGRF4极显著表达于分生组织、幼穗和灌浆过程中,在功能上增加籽粒纵向颖壳细胞长度和数量,增加横向颖壳细胞宽度,促进胚乳细胞数量的增加,促进灌浆速率,形成大胚乳,最终增加粒长、粒宽及粒重。此外,研究发现水稻在苗期冷胁迫下,miR396表达水平显著上调,而LGS1的突变降低miR396靶向抑制能力,并增加了苗期冷胁迫的存活率。

研究进一步表明,LGS1的突变可能扰乱了OsGRF4-miR396-胁迫响应应答网络,从而增加水稻粒长、粒宽及粒重,并增强水稻苗期耐冷性,为水稻育种工作提供了重要的研究理论基础。

原文标题:

A Missense Mutation in LGS1 Increases Grain Size and Enhances Cold Tolerance in Rice

https://doi.org/10.1093/jxb/erz192

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