野生稻的种子成熟时便自动脱落,这有利于种子的传播和存活,但在栽培稻中这点往往带来收获时的产量减少等负面影响。我们的祖先很早就从选择落粒性降低的角度开始对水稻的驯化过程。事实上,现代栽培稻种子落粒性差别很大,这说明落粒是一项多基因控制的复杂性状。因此,深入全面地了解水稻落粒调控机制,减少因落粒带来的产量损失,具有重要的农业意义。
基因中心主任韩斌研究员及他的博士生周艳、吕丹凤及其他研究人员,将野生稻W1943的第四号染色体导入到栽培稻广陆矮4号背景下,构建了一个包含已知落粒基因SH4和qSH1并表现出极易落粒的材料SL4。他们通过对SL4进行γ-ray诱变,筛选到两个完全不落粒的突变体shat1和shat2。这两个突变体都不能形成离层,因此种子成熟后需要很大的拉力才能将种子从小枝梗上分离。通过图位克隆和遗传转化验证,SHAT1基因被确定是一个AP2转录因子,与拟南芥的APETALA2基因具有很高的同源性,并且在离层高表达。shat2被确定为SH4基因的一个新的等位突变,与之前报道的栽培稻中sh4的单氨基酸替换突变类型不同,shat2是一个移码突变,因此被命名为sh4-2。他们进一步通过精细的原位杂交分析方法,全面系统地阐述了SHAT1,SH4和qSH1这三个基因的遗传关系。SH4促进SHAT1在离层的表达,反过来SHAT1也起到维持SH4在离层表达的作用,二者在离层的共同持续表达对于离层的正确形成是必需的。qSH1作用于SH4和SHAT1下游,通过维持SHAT1和SH4在离层的持续表达,从而促进离层的形成。
该研究使用了一种巧妙的寻找落粒抑制突变体 (Suppressors) 的方法,来发现新的水稻落粒调控基因,并同时与已知的落粒调控基因联系起来,为水稻落粒研究开创了一项新视野。该研究论文“APETALA2转录因子SHAT1对水稻种子落粒的遗传调控”(Genetic Control of Seed Shattering in Rice by the AP2 Transcription Factor SHATTERING ABORTION1) 2012年3月9日在线发表在国际著名学术期刊The Plant Cell上。该杂志同期配发了编辑部评论文章(SHAT1, A new player in seed shattering of rice),对该研究给予高度评价,认为“the authors have made use of a clever approach to discover a new factor involved in specification of the abscission zone of rice seeds”。
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