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作科所揭示水稻葉片寬度調控的新機制

  近日,中國農業科學院作物科學研究所作物功能基因組研究創新團隊揭示了核糖體蛋白NAL21/RPS3A通過調節生長素響應因子和葉片側向擴展調節因子的翻譯水平來影響水稻葉片寬度的新機制。2月16日,相關研究成果在線發表于《植物生理(Plant Physiology)》。

  據李學勇研究員介紹,葉片是植物進行光合作用、呼吸作用和蒸騰作用的重要器官,也影響著植物的整體株型結構。其中,葉片寬度是葉片形態的重要指標,是一個由多基因控制的復雜數量性狀。當前,部分調控水稻葉片寬度的基因已被克隆,然而葉片寬度調控的分子機制,特別是蛋白翻譯水平上的調控仍有待研究。

圖1:作科所揭示水稻葉片寬度調控的新機制

  該研究通過誘變,獲得了一個窄葉突變體 nal21 。該突變體葉片大葉脈、小葉脈數目減少,葉片表皮細胞體積變小,細胞數目也減少,導致葉片變短變窄,同時該突變體對生長素的敏感性也降低。圖位克隆表明,水稻葉片寬度調控基因 NAL21 編碼一個核糖體小亞基蛋白RPS3A。研究發現,在 nal21 突變體中,核糖體結構異常,生長素響應因子ARFs的蛋白質翻譯效率降低,導致生長素調控的葉片細胞分裂和擴展受阻。進一步研究發現,RPS3A還能在翻譯水平上調控葉片側向擴展關鍵轉錄因子WOX3A的表達。通過提高ARFs和WOX3A的翻譯效率,可使 nal21 突變體的葉片恢復正常表型。該項研究揭示了葉片發育過程中關鍵轉錄因子的適當翻譯調控是維持葉片正常形態所必需的,這項工作為完善水稻葉型發育分子機制提供新的理論依據。

  

圖2: RPS3A在蛋白質翻譯水平調控葉片發育的模型

  作科所巴基斯坦籍博士留學生Muhammad Uzair和已畢業碩士生龍海馨為該論文的共同第一作者,李學勇研究員為通訊作者,山東省水稻研究所袁守江研究員也參與了該項研究。該研究得到了國家轉基因重大專項、國家自然科學基金、中國農科院科技創新工程和國家留學基金委等項目的資助。

  文章鏈接:https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab075/6137850



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