生命科學技術學院張大兵教授團隊闡明了生長素在調控水稻旗葉夾角中的作用機制
近日，上海交通大學生命科學技術學院張大兵教授團隊在植物學著名期刊The Plant Cell發(fā)表了題目為“AUXIN RESPONSE FACTOR 6 and 17?control the flag leaf angle in rice by regulating secondary cell wall biosynthesis of lamina joints”研究論文。此項工作系統(tǒng)地解析了生長素在水稻旗葉夾角調控過程中作用機制。本文的第一作者是上海交通大學黃國強博士，通訊作者是上海交通大學張大兵教授，上海交通大學胡恒碩士、張姣博士、董樂博士、張鳳麗副教授、梁婉琪研究員參與了這項工作。同時該研究受到墨爾本大學、哥本哈根大學和阿德萊德大學的Allison van de Meene和Staffan Persson以及諾丁漢大學Malcolm Bennett的幫助。
旗葉是靠稻穗最近的最頂端葉片，旗葉角度是旗葉與垂直葉鞘之間的夾角，影響不同種植密度作物的光合能力，最終影響產量。前期研究表明生長素在旗葉夾角調控中起關鍵作用，但其中的細胞分子機制尚不明確。傳統(tǒng)觀點認為生長素通過調控細胞的延伸，進而控制植物的形態(tài)，例如根長、葉夾角、植物向地性以及向光性等等。本研究結合反向遺傳學、細胞生物學以及生物化學等技術，證實生長素通過調控旗葉節(jié)點厚壁組織次生細胞壁的合成，進而調控旗葉的角度 (Fig. 1)。
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Fig. 1 突變體次生細胞壁合成受阻
（A-C）?野生型旗葉節(jié)點的CT掃描圖像。整體（A）和背面（B）以及背面局部放大圖（C）。AD，adaxial; AB, abaxial; V, vascular; Sc, sclerenchymatous cells.（D-F）?osarf6osarf17（dm）旗葉節(jié)點的CT掃描圖像。整體（D）和背面（E）以及背面局部放大圖（F）。AD，adaxial; AB, abaxial; V, vascular; Sc, sclerenchymatous cells.
該研究作者發(fā)現(xiàn)了兩個在水稻葉枕組織中高度表達的生長素響應因子OsARF6和OsARF17相互作用，共同調節(jié)水稻的旗葉角度。功能缺失的雙突變體osarf6osarf17旗葉角度增大，雙突變體葉枕組織機械強度明顯減弱，厚壁細胞的次生細胞壁組成成分減少，導致密植條件下的作物旗葉角度增大以及谷物產量降低。作者進一步通過生化以及細胞生物學等手段，證實次生細胞壁的關鍵調控基因ILA1，作用于OsARF6和OsARF17的直接下游，ILA1的敲除突變體呈現(xiàn)和dm類似表型。根據(jù)以上結果，作者進一步提出了本文模型 (Fig. 2)，即OsARF6和OsARF17通過調控下游基因ILA1的表達，調控旗葉節(jié)點厚壁細胞次生細胞壁的合成，進而調控旗葉夾角。該研究揭示了生長素信號轉導調控次生細胞壁成分決定旗葉角度的機制，為水稻和其他谷物作物提供了育種目標。
Fig.2 本文模型
本項目受到國家重大研究計劃（2016YFD0100804和2016YFE0101000）、國家自然科學基金（31970803和31861163002）、中國博士后科學基金（2019M661486）、中國博士后特別支持（2021T140446）以及上海超級博后（2018063）的經(jīng)費資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koab175
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