8月18日，《美國(guó)科學(xué)院院刊（PNAS）》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家單位完成的成果。該成果闡釋了谷子的 DPY1 作為油菜素內(nèi)酯信號(hào)的“剎車”基因調(diào)控葉片披垂與直立的分子機(jī)制，為禾本科作物株型研究提供了新思路。
據(jù)國(guó)家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、作科所刁現(xiàn)民研究員介紹，葉片是植物光合作用和有機(jī)物合成的主要器官，與葉片形態(tài)建成相關(guān)的株型直接影響作物的種植密度及產(chǎn)量。作物育種過(guò)程中追求葉型直立緊湊，有利于密植條件下的光能有效利用。油菜素內(nèi)酯信號(hào)可以調(diào)節(jié)細(xì)胞伸長(zhǎng)和分裂，但其影響葉片直立與下垂遺傳基礎(chǔ)的研究仍欠缺，制約禾谷類作物株型改良的效率和水平。
該研究利用谷子葉片嚴(yán)重披垂的突變體 dpy1 ，克隆了控制谷子葉片披垂的基因 DPY1 ，該基因編碼的DPY1蛋白激酶可以與油菜素內(nèi)酯共受體通過(guò)胞內(nèi)的激酶結(jié)構(gòu)互作，并競(jìng)爭(zhēng)性地抑制油菜素內(nèi)酯受體與共受體間的互作水平，從而抑制早期油菜素內(nèi)酯信號(hào)的過(guò)度激活。 DPY1 作為“剎車”基因，通過(guò)以上過(guò)程促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)和分裂，提高葉片的支撐力，從而使葉片趨向直立，且這種機(jī)制在玉米、水稻等禾本科作物中是保守和共享的。該研究揭示了禾谷類作物葉片堅(jiān)實(shí)度的遺傳學(xué)基礎(chǔ)及其調(diào)控機(jī)制，為作物株型改良提供了新的基因資源及研究思路。同時(shí)，谷子及其野生種青狗尾草由于基因組小、高效轉(zhuǎn)化、生育期短，且易于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)操作，正在快速發(fā)展成為禾本科黍亞科和C4光合作用的模式植物。該研究必將促進(jìn)谷子模式植物體系的發(fā)展，也鞏固了我國(guó)在谷子基礎(chǔ)研究中的國(guó)際領(lǐng)先地位。
該研究得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金的資助。（通訊員 衛(wèi)斐）
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/08/11/2002278117
