解析“植物胰島素” 科學(xué)家發(fā)現水稻增產(chǎn)新機制

 

 

 

    記者9日從中國水稻研究所獲悉，該所張健研究員團隊與胡培松院士團隊經(jīng)合作，首次揭示了“植物胰島素”6-磷酸-海藻糖（Tre6P）調控水稻碳源分配與籽粒產(chǎn)量的機制，為作物高產(chǎn)遺傳改良提供了新思路。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《分子植物（Molecular Plant）》雜志。

 

 

    在高血糖情況下，脊椎動(dòng)物主要通過(guò)分泌胰島素，刺激血糖消耗和糖原合成來(lái)維持血糖穩態(tài)，保證生理功能的正常運行。近年來(lái)，植物中的Tre6P被發(fā)現具有類(lèi)似胰島素的功能。Tre6P還可通過(guò)促進(jìn)源-庫轉運等形式反饋調節糖水平。作為維持糖穩態(tài)的核心激素，Tre6P廣泛參與了調控植物的生長(cháng)發(fā)育與逆境響應等生理過(guò)程。然而，Tre6P具體如何維持糖穩態(tài)、與其他能量調控因子互作協(xié)調碳源的源-庫分配以及如何利用Tre6P相關(guān)基因改良作物的產(chǎn)量等核心問(wèn)題仍有待闡明。

 

 

    “尤為重要的是，Tre6P具有極大地改良作物產(chǎn)量的潛力。”張健介紹，已有研究表明，在玉米中異源表達水稻Tre6P磷酸酶基因OsTPP1可提升9%-49%的產(chǎn)量；直接噴施可吸收的Tre6P前體亦可使小麥增產(chǎn)20%.

 

 

    研究團隊在水稻中鑒定了一個(gè)調控Tre6P積累的糖誘導表達轉錄因子基因OsNAC23.OsNAC23可直接結合在Tre6P磷酸酶基因OsTPP1的啟動(dòng)子區域，抑制OsTPP1的轉錄，促進(jìn)Tre6P的累積。已有研究表明，Tre6P可直接結合植物能量饑餓感受器SnRK1并抑制其酶活。該研究進(jìn)一步顯示，OsNAC23-Tre6P-SnRK1a三者形成一條正向調節回路來(lái)維持水稻碳源分配和籽粒產(chǎn)量。

 

 

    研究團隊在日本晴、南粳46和中水01三個(gè)水稻品種的實(shí)驗過(guò)程中過(guò)量表達OsNAC23基因，顯著(zhù)地提高了植株Tre6P含量。多年多地的田間產(chǎn)量區試結果表明，相較于野生型，轉基因植株在生長(cháng)后期表現出典型的青稈黃熟的高產(chǎn)性狀，有效穗數和千粒重顯著(zhù)增加，產(chǎn)量提升8.7%-16.1%,為利用“植物胰島素”Tre6P相關(guān)基因改良作物的產(chǎn)量提供了優(yōu)異的基因資源和應用示范。