科学家揭示水稻糖基转移酶调控粒型与抗逆新机制
科学家展现水稻糖基转移酶调控粒型与抗逆新机制
中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士研究组展现了水稻糖基转移酶影响代谢流从头定向，进而同时调控水稻籽粒巨细与抗逆性的新机制。5月26日，该研究成就论文颁发于《自然—通讯》。
粒型是影响水稻产量的主要因素之一，同时水稻产量常常蒙受干旱、高盐和高温等非生物胁迫的影响，如何提高水稻产量的同时加强水稻抗逆性是对科研人员和育种事情者的挑战课题。植物需不绝调溃散内代谢流以适应差异发育时期和发展情况，但在作物中对此相识甚少。
林鸿宣研究组通过图位克隆的要领定位克隆到一个同时调控水稻粒型与抗逆性的QTL GSA1。GSA1是粒型与抗逆性的正向调控因子，过表达GSA1增加水稻籽粒巨细和粒重，同时提高水稻对高盐、干旱及高温的抗性。核苷酸多态性阐明昭示，GSA1在非洲野生稻驯化为非洲栽培稻以及亚洲野生稻驯化为粳稻的进程中受到人工选择。GSA1编码一个水稻糖基转移酶UGT83A1，体外尝试证实GSA1具有广谱的糖基转移酶活性，以尿苷二磷酸（UDP）为糖基供体，以山奈酚、柚皮素及槲皮素等黄酮类代谢物为糖基转移受体，调控水稻体内黄酮糖苷谱，间接影响黄酮介导的发展素极性运输及发展素相关基因表达量，最终通过影响细胞破裂和细胞增殖而调控水稻粒型。同时GSA1也可以将松柏醇、对香豆醇及芥子醇等木质素单体作为糖基转移受体，进而调控木质素含量，这大概也是调控水稻粒型的原因。GSA1CG14（非洲稻位点）中位于PSPG守旧布局域内的氨基酸变异A349T导致GSA1CG14团结UDP的本领比GSA1WYJ（亚洲稻位点）明明下降，糖基转移酶活性显著低落，而位于非守旧域的氨基酸变异A246V则对底物团结及糖基转移酶活性无影响。木质素合成途径以及黄酮代谢途径是苯丙烷通路的重要分支。
进一步研究表白，窘境胁迫下GSA1参加代谢流从木质素合成途径从头定向于黄酮糖苷合成途径，木质素合成途径下调而黄酮糖苷包罗花青素合成相关通路上调，导致水稻抗逆性的加强。过量表达GSA1WYJ显著增加窘境胁迫下黄酮糖苷及花青素的含量，引起水稻抗逆性加强。而敲除GSA1造成窘境下代谢流从头定向的紊乱，黄酮糖苷合成受阻，水稻抗逆性削弱。
专家暗示，该研究展现了糖基转移酶通过调控代谢流从头定向进而同时调控水稻粒型与抗逆性的新机制，为培养高产高抗作物新品种提供了有代价的基因资源。
据悉，该事情得到科技部、中国科学院、国度自然科学基金的扶助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-16403-5
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