Plant Cell | 万建民院士团队揭示赤霉素和脱落酸系统调控水稻株型的分子机制
4月7日，The Plant Cell 在线发表了中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队题为 The APC/CTE E3 Ubiquitin Ligase Complex Mediates the Antagonistic Regulation of Root Growth and Tillering by ABA and GA的研究论文，报道了该团队关于赤霉素（GA）和脱落酸（ABA）调控水稻株型分子机制的最新研究成果。
水稻株型是与产量密切相关的重要农艺性状，受到极其复杂的分子网络的调控，迄今仍有诸多未解之谜。该团队早期研究发现，水稻分蘖抑制基因Tiller Enhancer （TE）编码APC/CTE E3泛素连接酶复合体的一个激活子，能够通过介导水稻分蘖关键促进因子MOC1的降解，进而抑制水稻的分蘖（Nature Communications, 2012）。且TE通过介导脱落酸受体PYL/PYR/RCAR的降解，来介导赤霉素对脱落酸信号途径的拮抗（Nature Communications, 2015）。另外，现有研究已经清楚，脱落酸是一种胁迫反应植物激素，它通过抑制种子萌芽及幼苗生长来适应不利的环境条件，而赤霉素是一种重要的促生长植物激素，可促进种子萌发、幼苗生长、开花和叶片伸展，尽管赤霉素和脱落酸拮抗调控植物的许多生长发育过程，但是赤霉素和脱落酸如何拮抗调控根发育和植物分枝（分蘖）的分子机制仍不清楚。
该团队发现脱落酸通过激活SnRK2s激酶，使TE磷酸化，来抑制APC/CTE的活性，磷酸化的TE与根生长关键促进因子OsSHR1或分蘖关键促进因子MOC1之间的互作减弱，进而稳定OsSHR1和MOC1，最终促进根生长和分蘖。与之相反，赤霉素可以降低SnRK2s活性，进而促进APC/CTE介导的OsSHR1和MOC1的降解，最终抑制根生长和分蘖。因此，通过SnRK2-APC/CTE调控模块，GA和ABA拮抗调控APC/CTE复合体的E3泛素连接酶活性，进而系统调控水稻根生长、分蘖和株高，该分子机制的阐明对水稻株型改良具有重要的指导意义。
作科所林启冰副研究员和张哲博士为该论文共同第一作者，万建民院士和林启冰副研究员为论文共同通讯作者。
此外，2019年，万建民院士团队在The Plant Cell在线发表了题为OsSHI1 Regulates Plant Architecture Through Modulating the Transcriptional Activity of IPA1 in Rice的研究论文。该研究克隆了一个水稻株型调控新基因OsSHI1，并揭示了其调控水稻株型的机制。
该研究筛选到了一个新的水稻株型发育突变体 shi1 （ short internode1 ），其分蘖数减少、茎秆粗壮并且穗分枝数显著增加。通过图位克隆的方式获得了目的基因 OsSHI1 ，该基因编码植物特异转录因子，主要在腋芽及幼穗中表达。通过酵母双杂交筛选发现，OsSHI1与理想株型调控因子IPA1互作。后续功能研究表明，OsSHI1能够抑制IPA1对下游靶基因 OsTB1 及 OsDEP1 启动子的结合活性，影响其基因转录功能，进而协同调控水稻株型的发育。
该团队以解决重大科学问题及生产实践问题为目标，长期致力于水稻遗传育种研究工作。此前，该团队在Nature和Nature Communications 相继报道 D53 和 TE 调控水稻分蘖发育。两项发表在Plant Cell的工作是该团队在水稻株型研究中再次取得的重要进展，从分子遗传学的角度阐明了水稻分蘖及穗分枝发育的调控机制，对改良植物株型及提高作物产量具有重要指导意义。