我國科學家在控制水稻分蘗的新激素獨角金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導研究中取得突破性進展

[本刊訊]最近,中國科學院遺傳發(fā)育所李家洋院研究員課題組與南京農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)科學院萬建民教授課題組在控制水稻分蘗的新激素獨角金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導研究中取得了突破性進展,2013年12月11日在線出版的《Nature》雜志同期發(fā)表了他們各自獨立完成的研究成果,題目分別為“DWARF 53 acts as a repressor of strigolactone signaling in rice”(doi:10.1038/nature12870) 和“D14–SCFD3-dependent degradation of D53 regulates strigolactone signaling”(doi:10.1038/nature12878)。

李家洋課題組和萬建民課題組分別利用一個顯性水稻矮化多分蘗突變體dwarf 53(d53),進行外源激素處理和內(nèi)源激素測定表明,d53是一個獨腳金內(nèi)酯不敏感突變體。通過圖位克隆,他們獲得了位于水稻第 11號染色體短臂末端的D53基因,該基因編碼一個新的在結(jié)構(gòu)上與I類Clp ATPase類似的核蛋白。兩個課題組分別獨立地通過系統(tǒng)而深入的研究,得到了相似的結(jié)論,即在獨腳金內(nèi)酯存在的條件下 D53蛋白可與兩個已知的參與獨腳金內(nèi)酯信號途徑的關(guān)鍵蛋白D14、D3互作,形成D53–D14–SCFD3蛋白復合體,D53蛋白進而被泛素化,從而特異地被蛋白酶體系統(tǒng)降解,誘導下游目標基因的表達以及獨腳金內(nèi)酯信號的響應。該研究結(jié)果首次在遺傳和生化層面上證實了D53蛋白作為獨腳金內(nèi)酯信號途徑的抑制子參與調(diào)控植物分枝(蘗)的生長發(fā)育,具有重要的科學意義。他們發(fā)現(xiàn)的獨角金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導的“去抑制化激活”機制與生長素、赤霉素、茉莉酸等重要激素的信號轉(zhuǎn)導激活機制類似,表明這是植物在進化過程中選擇的一種主要調(diào)控模式。這是李家洋課題組和萬建民課題組繼2012年在《Nature Communications》上獨立報道TAD1/TE蛋白調(diào)控水稻分蘗形成機理后,在闡述植物分枝(蘗)形成機制領(lǐng)域的又一重大研究進展。他們的研究成果不僅為水稻株型改良提供重要的理論基礎(chǔ),也為水稻秈粳交雜種優(yōu)勢利用提供了有用的基因和材料?！禢ature》同時在NEWS & VIEWS專欄配發(fā)題為“Witchcraft and destruction”的專文評述,高度評價該項工作的理論意義和潛在應用價值。