解析“植物胰岛素” 科学家发现水稻增产新机制

   日期:2022-03-02     评论:0    
核心提示:记者从中国水稻研究所获悉,该所张健研究员团队与胡培松院士团队经合作,首次揭示了“植物胰岛素”6-磷酸-海藻糖(Tre6P)调控水稻碳源分配与籽粒产量的机制,为作物高产遗传改良提供了新思路。相关研究成果近日发表

        记者从中国水稻研究所获悉,该所张健研究员团队与胡培松院士团队经合作,首次揭示了“植物胰岛素”6-磷酸-海藻糖(Tre6P)调控水稻碳源分配与籽粒产量的机制,为作物高产遗传改良提供了新思路。相关研究成果近日发表于《分子植物(Molecular Plant)》杂志。

        在高血糖情况下,脊椎动物主要通过分泌胰岛素,刺激血糖消耗和糖原合成来维持血糖稳态,保证生理功能的正常运行。近年来,植物中的Tre6P被发现具有类似胰岛素的功能。Tre6P还可通过促进源—库转运等形式反馈调节糖水平。作为维持糖稳态的核心激素,Tre6P广泛参与了调控植物的生长发育与逆境响应等生理过程。然而,Tre6P具体如何维持糖稳态、与其他能量调控因子互作协调碳源的源—库分配以及如何利用Tre6P相关基因改良作物的产量等核心问题仍有待阐明。

        “尤为重要的是,Tre6P具有极大地改良作物产量的潜力。”张健介绍,已有研究表明,在玉米中异源表达水稻Tre6P磷酸酶基因OsTPP1可提升9%—49%的产量;直接喷施可吸收的Tre6P前体亦可使小麦增产20%。

        研究团队在水稻中鉴定了一个调控Tre6P积累的糖诱导表达转录因子基因OsNAC23。OsNAC23可直接结合在Tre6P磷酸酶基因OsTPP1的启动子区域,抑制OsTPP1的转录,促进Tre6P的累积。已有研究表明,Tre6P可直接结合植物能量饥饿感受器SnRK1并抑制其酶活。该研究进一步显示,OsNAC23-Tre6P-SnRK1a三者形成一条正向调节回路来维持水稻碳源分配和籽粒产量。

        研究团队在日本晴、南粳46和中水01三个水稻品种的实验过程中过量表达OsNAC23基因,显著地提高了植株Tre6P含量。多年多地的田间产量区试结果表明,相较于野生型,转基因植株在生长后期表现出典型的青秆黄熟的高产性状,有效穗数和千粒重显著增加,产量提升8.7%—16.1%,为利用“植物胰岛素”Tre6P相关基因改良作物的产量提供了优异的基因资源和应用示范。

来源:科技日报

 
 
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