OsPCK1调控光合产物从源向库的运输，并影响水稻的灌浆过程

《Plant Growth Regulation》：OsPCK1 regulates photosynthate transport from source to sink and affects grain filling in rice

　　

摘要

确保全球粮食安全的关键在于提高水稻（Oryza sativa L.）的产量，而灌浆期是决定谷粒大小和重量等关键产量因素的重要阶段。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCK）由基因（LOC_Os03g15050）编码，在包括水稻在内的C₃植物中已被发现，但由于缺乏完整的C₄光合作用机制，其生物学功能及调控网络仍不甚明了。作为糖异生过程中的关键酶，PEPCK很可能在灌浆期参与碳分配以及光合产物的转运。为研究水稻PCK的转录本OsPCK1在野生型 Oryza sativa L. ssp. japonica Nipponbare、OsPCK1敲除突变体（ospck1）以及过表达品系（OX10、OX15）中的功能机制，我们通过综合表型分析、生理测定和分子检测，发现OsPCK1能够正向调控控制穗结构及谷粒形态的基因表达。此外，OsPCK1还可能通过上调与糖分运输（OsSUTs、OsSWEETs）和淀粉生物合成（OsAGPS1、OsAGPL1）相关的基因，促进光合产物向生殖器官的转运，进而提升与产量相关的性状。相反，当OsPCK1功能丧失时，这些基因的表达会显著下降，导致穗的结实能力降低，谷粒数量减少，千粒重也会下降。我们的研究结果表明，OsPCK1可能通过同时影响光合作用产生的碳同化作用以及谷粒中的淀粉积累来调控碳分配，从而有助于灌浆期的糖分运输和淀粉生物合成。这些发现为了解C₃植物中PEPCK的功能提供了新视角，也为未来通过优化碳分配提高水稻产量的策略提供了参考。