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研究揭示水稻頂端小穗退化和花藥角質層發育新機制

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  近日,中國農業科學院作物科學研究所作物功能基因組研究創新團隊克隆了水稻花序頂端小穗退化新基因DPS1,揭示了水稻穗敗育的機理,并首次報道活性氧的大量積累可能導致水稻花藥角質層發育異常和花粉粒敗育,導致水稻結實率下降。該研究有助于了解水稻生殖發育的機理,對高產水稻品種的選育具有重要意義。相關研究成果在線發表在《新植物學家( New Phytologist )》上。

  世界上一半以上的人口以水稻為主食。水稻籽粒產量取決于穗大小、穗粒數和結實率等性狀。不利環境條件如低溫或高溫脅迫,會導致水稻頂端小穗退化和育性降低,最終導致減產?;ㄒ┦切坌隕稱鞴?,被“角質層”?;じ哺?,以避免花藥失水。然而,穗退化和花藥角質層發育的分子機制仍有待探索。

  該研究發現了一個新的穗退化和部分不育突變體dps1,該突變體表現為頂部小穗退化和中部小穗育性降低。dps1突變體的花藥顯著變小且呈現白色,花藥中沒有完整花粉粒,其花藥表皮中蠟質和角質的量顯著減少,進一步分析發現該突變體的圓錐花絮中出現了活性氧的積累,抗氧化活性降低且細胞程序性死亡增加。利用圖位克隆技術獲得了調控水稻頂部小穗退化的新基因DPS1,該基因編碼的蛋白可參與活性氧的清除。通過實驗發現,dps1突變體與脂肪酸代謝和活性氧穩態相關的生物過程受到顯著影響,并且蠟和角質生物合成相關的關鍵基因下調表達。

  該研究得到國家重點研發計劃和中國政府獎學金等項目資助。(通訊員 衛斐)

  原文鏈接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/nph.16133

哈德斯菲尔德大学