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何予卿教授团队揭示水稻垩白形成的分子机理
作者:吴边编辑:黄玮审核:何予卿发布时间:2022-02-21

南湖新闻网讯(通讯员 吴边)2022年2月16日,亚欧体育APP作物遗传改良国家重点实验室何予卿教授团队的研究论文Natural variation in WHITE-CORE RATE 1 regulates redox homeostasis in rice endosperm to affect grain quality 在The Plant Cell杂志在线发表,揭示了水稻心白率基因WCR1的自然变异和胚乳氧化还原稳态影响垩白形成的分子机理。

垩白(Chalkiness)是由于稻米胚乳中淀粉颗:偷鞍滋迮帕胁唤裘芏陌咨煌该鞯牟糠,全面影响稻米外观和蒸煮食味品质,直接影响稻米作为商品的市场价值。因此,降低垩白是水稻优质遗传改良的全球共同育种目标。垩白是典型的数量性状,受遗传因子和环境因素的共同影响,这也使得垩白基因克隆面临了很大的挑战。目前,通过自然群体克隆的垩白相关基因非常少,垩白形成的分子机制也有待进一步探索。

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A: WCR1的图位克。籅:近等基因系株型和籽粒垩白表型;C:WCR1参与垩白形成的调控模式。

该研究经过多年的图位克。谒镜谝蝗旧迳隙ㄎ坏揭桓隹刂菩陌茁实幕騑CR1,WCR1BL位点除降低心白率外,同时还增加产量和米饭食味值。系统发育和序列分析表明该基因编码一个F-box蛋白,在大麦、小麦、玉米、高粱和拟南芥中都存在同源基因。WCR1是心白率的负调控因子,上调WCR1的表达水平,能显著降低心白率。自然变异分析显示,启动子上预测的一个功能性变异位点A/G可能是引起表达差异和心白率差异的重要原因。通过系统发育分析,表明WCR1G等位型来源于野生稻,而WCR1A则主要存在于热带粳稻中。进一步研究发现,A/G变异引起了OsDOF转录因子结合位点核心序列的改变,通过酵母单杂、瞬时表达和EMSA实验验证了OsDOF17与WCR1启动子存在互作,并且A/G变异会影响OsDOF17的结合能力。

为了解析WCR1调控垩白的分子机制,通过酵母筛库、BiFC以及Pull-down等实验筛选到一个WCR1的互作蛋白MT2b。MT2b编码一个金属硫蛋白,具有结合金属离子和清除活性氧(ROS)的作用。研究者从遗传、生理和生化上证明了WCR1具有调控MT2b转录水平和抑制26S蛋白酶体介导MT2b蛋白降解的功能,从而促进ROS清除和延迟胚乳细胞程序性死亡(PCD),最终增加了贮藏物质的积累和降低心白率。该项工作不仅阐释了心白形成的分子机制,同时还解析了垩白的自然变异,挖掘了优势等位基因,为稻米品质的改良提供了理论基础和具有应用前景的基因资源。

WCR1是该团队继Chalk5(Li et al, Nature Genetics, 2014)克隆后的又一重要发现,亚欧体育APP作物遗传改良国家重点实验室博士生吴边为本文第一作者,何予卿教授为本文的通讯作者,姚家玲教授和周竹青教授参与了本研究部分工作。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目共同资助。

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