遗传发育所杨维才研究组揭示OsPID调控水稻花器官发育的分子机制学术资讯

来源：植物生物学

水稻是世界上一半以上人口的主要粮食作物，为了应对潜在的粮食危机，需要我们不断提高水稻产量。每穗粒数是水稻产量构成三要素之一，每穗粒数也即每穗颖花数，因此每朵颖花数的发育直接影响了水稻的产量，而水稻又是单子叶植物基因组研究的模式植物，因此，研究水稻花器官发育的机制十分重要。

在拟南芥中，PINOID (PID)可以通过调控生长素外流载体PIN家族蛋白的亚细胞定位来调节生长素的分布(Friml etal., 2004; Lee and Cho, 2006)。AtPID是一个与花原基形成的经典基因，其通过生长素途径参与调控双子叶的花器官发育的机理已有很多报道，而其在单子叶植物的作用机理还不清楚。之前有研究报道，将OsPID在水稻中进行过量表达会出现雄蕊数目减少且雌蕊数目增加的花器官异常表型(Morita and Kyozuka, 2007)。尽管最近的两篇报道表明，失去OsPID功能会导致水稻雌蕊和花药发育异常(He et al., 2019; Xu et al., 2019)，PID调控水稻花器官的分子机制尚不清楚。

中国科学院遗传所杨维才研究团队鉴定了一个水稻花器官发育异常的突变体，用改良的Mutmap方法定位了负责该表型变异的基因为OsPID，并用CRISPR/Cas9基因编辑技术和遗传互补试验进行了验证。实验表明，OsPID除了和AtPID一样在细胞膜有定位，还定位于细胞核及细胞质。另外，他们的实验数据证明OsPID与OsPIN1a，OsPIN1b及OsMADS16相互作用。因此，我提出了OsPID调控水稻花器官发育的模型。首先，像在拟南芥中一样，OsPID能通过磷酸化PIN1从而调控生长素的运输，改变生长素的极性分布，调控水稻花器官发育进而影响产量；其次，OsPID也能与OsMADS16，LAX1等转录因子互作参与调控水稻花器官发育，并最终影响产量。另外，OsPID可能通过与LAX1/LAX2互作，调控水稻分枝和分蘖从而调控水稻产量。OsPID过表达后能增加穗分枝数，穗粒数及单株产量，但不影响千粒重和穗数，这说明OsPID在水稻高产育种中具有潜在的应用前景。该研究结果为水稻花器官发育的分子机制提供了新的认识，为水稻高产育种的遗传改良提供了理论基础。

该研究成果于2020年1月17日在Plant Biotechnology Journal杂志上在线发表（DOI:10.1111/pbi.13340）。杨维才研究组博士后吴华茂为文章第一作者，杨维才研究员为通讯作者。该项研究得到中国科学院战略性先导专项和国家自然基金委项目的经费资助。

图：PID调控模式图

来源：PlantBiotech 植物生物学

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