揭示擬南芥產(chǎn)量和種子大小調(diào)控新機(jī)制（2020.4.24 植物分子研究）

陸生植物中富含亮氨酸重復(fù)序列的類受體蛋白激酶（Leucine-rich repeat receptor-like protein kinase，LRR-RLKs）家族是受體蛋白激酶家族中最大的亞家族，LRR-RLK及其與肽激素的選擇性相互作用在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起到非常重要的作用，包括生殖、趨化性、生物和非生物脅迫、共生、根系結(jié)構(gòu)、氣孔發(fā)育、脫落以及與環(huán)境的相互作用。擬南芥中的C端編碼肽受體1（CEPR1）是一個(gè)保守的LRR-RLK，可控制根的生長(zhǎng)發(fā)育和硝酸鹽吸收，但在調(diào)控產(chǎn)量方面的研究未見(jiàn)報(bào)道。

近日，澳大利亞國(guó)立大學(xué)理學(xué)院生物研究學(xué)院Michael A.Djordjevic課題組在期刊‘Plant Physiology發(fā)表了題為‘The peptide hormone receptor CEPR1 functions in the reproductive tissue to control seedsize and yield研究文章。該文章利用擬南芥cepr1缺失突變體材料進(jìn)行生理、顯微、嫁接、轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)試驗(yàn)和以及轉(zhuǎn)錄組分析等實(shí)驗(yàn)證明了肽激素受體CEPR1可調(diào)控?cái)M南芥產(chǎn)量和種子大小。

該研究發(fā)現(xiàn)，cepr1突變體的嚴(yán)重減產(chǎn)可能是由于維管組織中CEPR1表達(dá)缺失，影響了抽薹生長(zhǎng)、雌性生殖發(fā)育、結(jié)實(shí)和成熟種子大小，此外還導(dǎo)致花序組織中的黃化和花青素積累。轉(zhuǎn)基因CEPR1可挽救cepr1缺失突變體生殖和產(chǎn)量缺陷。

GUS染色可觀察CEPR1在生殖器官的整個(gè)維管系統(tǒng)中都有表達(dá)，包括種皮合點(diǎn)區(qū)，但在其他種子組織中不表達(dá)。野生型和cepr1-1之間的嫁接實(shí)驗(yàn)也證明了CEPR1在生殖組織中局部作用以控制產(chǎn)量和種子大小。cepr1突變體的這些表型有一個(gè)明顯的共同主題，即無(wú)法將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是氮，從營(yíng)養(yǎng)組織轉(zhuǎn)移到幼芽，或者從芽組織內(nèi)部轉(zhuǎn)移到發(fā)育中的花器官和種子。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)CEP-CEPR1和氮穩(wěn)態(tài)途徑的幾個(gè)基因的表達(dá)水平發(fā)生了變化，與CEPR1嫁接實(shí)驗(yàn)缺氮一致，并與CEP-CEPR1信號(hào)的生殖組織特異性功能相一致。這些結(jié)果表明，CEPR1在母體生殖組織中對(duì)決定種子大小和產(chǎn)量的作用是局部的，可能是通過(guò)控制向生殖庫(kù)的氮素運(yùn)輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

本篇報(bào)道證明了CEPR1在全植物水平上控制氮素動(dòng)態(tài)平衡方面發(fā)揮著更廣泛的作用，而不僅僅是以前確定的在根氮獲取、根系構(gòu)筑和結(jié)瘤中的作用。操縱依賴CEPR1的輸出，可以為通過(guò)改善養(yǎng)分從源組織到生殖庫(kù)的輸送以提高種子產(chǎn)量和植物氮素利用效率提供一條新途徑。