科學家利用突變體基因可精準設計水稻籽粒大小 相關研究成果在線發(fā)表于《分子植物》上

記者10月10日從中國農業(yè)科學院獲悉，該院作物科學研究所水稻分子設計技術與應用創(chuàng)新團隊與國內其他科研機構合作，鑒定到一個細胞分裂素信號新組分PPKL1，發(fā)現其可通過引誘但不接納細胞分裂素磷酸轉移蛋白AHP2上的磷酸基團，干擾信號傳遞效率，從而抑制水稻籽粒大小。團隊據此建立了一套水稻籽粒大小精準設計系統(tǒng)。相關研究成果在線發(fā)表于《分子植物》上。

團隊成員、中國農科院作物科學研究所研究員童紅寧介紹，植物中經典的細胞分裂素信號轉導依賴于組氨酸受體激酶、組氨酸磷酸轉移蛋白以及細胞分裂素響應因子RR之間磷酸基團的轉移，然而對這一磷酸中繼過程調控的分子機制，學界仍知之甚少。另一方面，在水稻中，細胞分裂素可以顯著調控穗粒數，而對粒重或籽粒大小的調控功能學界也不清楚。

團隊通過大規(guī)模誘變，篩選到一個大粒顯性突變體并克隆了突變體基因PPKL1。與RR蛋白類似，PPKL1可與AHP2蛋白直接互作，并通過模仿RR蛋白功能區(qū)與其競爭AHP2的磷酸基團，導致磷酸中繼效率大幅降低。當此功能區(qū)位點突變后則喪失了對信號傳遞的影響，籽粒顯著增大。他們以優(yōu)質水稻品種空育131為材料，針對其該功能區(qū)進行基因編輯，獲得多個可不同程度增大籽粒的基因型，部分可顯著增產。

團隊還創(chuàng)制了千粒重從20克到38克漸次分布的水稻材料，從而建立了一套水稻籽粒大小精準設計系統(tǒng)。該研究發(fā)現，PPKL家族蛋白對細胞分裂素信號的抑制作用可能是一個古老的功能，其功能位點隱藏在甾醇類激素油菜素內酯信號組分中，發(fā)掘并利用這一基因，對作物進行分子設計改良具有重大應用價值。