“刹车基因”表态：谷子成为C4模式植物

 
 
“刹车基因”表态：谷子成为C4模式植物  
 

叶片是植物光合浸染和有机物合成的主要器官，与叶片形态建成相关的株型直接影响作物的种植密度及产量。

8月18日，美国《国度科学院院刊》（PNAS）在线颁发我国科学家最新成就，他们阐释了谷子DPY1基因作为油菜素内酯信号的“刹车基因”，调控叶片披垂与直立的分子机制，为禾本科作物株型研究提供了新思路。

节制激素信号的“刹车基因”

跟着人口增长和对粮食需求的不绝增加，通过提高作物的种植密度实现有限耕地条件下的粮食产量晋升，是办理粮食安详问题的主要途径。

作物育种追求叶型直立紧凑，从而有利于密植条件下的光能有效操作。论文配合通讯作者、中国农业科学院作物科学研究所（以下简称作科所）研究员刁现民表明说，叶片的直立和紧凑是两本性状。紧凑指的是叶片和茎的夹角小，而直立指的是叶片不下垂。

DPY1通过BR信号调控叶片披垂    作科所供图

此前的研究显示，油菜素内酯信号和上述两本性状有密切干系。刁现民汇报《中国科学报》，油菜素内酯信号可以调控细胞伸长和破裂，进而调控叶片夹角和茎夹角。但关于油菜素内酯信号如何影响叶片直立与下垂的遗传基本研究仍旧欠缺，而这制约了禾谷类作物株型改善的效率和程度。

论文配合第一作者、作科所副研究员汤沙先容，他们操作谷子叶片严重披垂的突变体dpy1，克隆了节制谷子叶片披垂的基因DPY1。该基因编码的DPY1卵白激酶可以与油菜素内酯的一个配合受体产生相互浸染。当DPY1卵白激酶大量与这个配合受体结适时，就竞争性地抑制了油菜素内酯受体与该受体间的互作程度，从而抑制早期油菜素内酯信号的太过激活。

“它展示了植物如何节制激素信号的油门过大，也就是说植物如何对某个过大的信号举办刹车的进程。从这个角度讲，DPY1就是个‘刹车基因’。”刁现民说。

上述进程可以促进叶片中脉的远轴厚壁细胞破裂及木质素的沉积，从而提高叶片的支撑力，使叶片趋向直立。

通过将玉米的DPY1基因回补到谷子的dpy1突变体中，该团队证实，这种机制在禾本科作物中是守旧和共享的。

DPY1调控叶型的分子机制      作科所供图

“这项研究展现了禾谷类作物叶片坚硬度的遗传学基本及其调控机制，为作物株型改善提供了新的基因资源及研究思路。”刁现民说。

成立谷子高效遗传转化体系

从2012年筛选到叶片严重披垂的突变体dpy1开始，“长达8年的研究进程中，要害尝试体系的成立和完善曾经给我们带来很大挑战”。从作科所结业后进入中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员刘西岗课题组的赵美丞汇报《中国科学报》。

2012年，汤沙教育团队成立了谷子突变体致变基因的快速定位及克隆体系，完成了基因定位和突变体表型判断等事情。

2015年，他们已经找到了DPY1的候选基因。“但是其时谷子遗传转化体系不成熟，很难在谷子中直接验证DPY1的成果，因此我们只能劈头地在拟南芥和水稻中检测DPY1的生物学成果，这严重限制了研究的深入。”赵美丞说。

直到2017年，论文配合通讯作者、作科所研究员吴传银课题组攻陷了谷子高效转化的困难，使得这个基因的系统遗传学阐明得以实施，对这项研究的继承推进起到了要害浸染。同年，赵美丞也在DPY1基因的分子机制研究上的取得要害打破。