記者10月10日從中國農業科學院獲悉,該院作物科學研究所水稻分子設計技術與應用創新團隊與國內其他科研機構合作,鑒定到一個細胞分裂素信號新組分PPKL1,發現其可通過引誘但不接納細胞分裂素磷酸轉移蛋白AHP2上的磷酸基團,干擾信號傳遞效率,從而抑制水稻籽粒大小。團隊據此建立了一套水稻籽粒大小精準設計系統。相關研究成果線上發表于《分子植物》上。

團隊成員、中國農科院作物科學研究所研究員童紅寧介紹,植物中經典的細胞分裂素信號轉導依賴於組氨酸受體激酶、組氨酸磷酸轉移蛋白以及細胞分裂素響應因子RR之間磷酸基團的轉移,然而對這一磷酸中繼過程調控的分子機制,學界仍知之甚少。另一方面,在水稻中,細胞分裂素可以顯著調控穗粒數,而對粒重或籽粒大小的調控功能學界也不清楚。

團隊通過大規模誘變,篩選到一個大粒顯性突變體並克隆了突變體基因PPKL1。與RR蛋白類似,PPKL1可與AHP2蛋白直接互作,並通過模倣RR蛋白功能區與其競爭AHP2的磷酸基團,導致磷酸中繼效率大幅降低。當此功能區位點突變後則喪失了對信號傳遞的影響,籽粒顯著增大。他們以優質水稻品種空育131為材料,針對其該功能區進行基因編輯,獲得多個可不同程度增大籽粒的基因型,部分可顯著增産。

團隊還創制了千粒重從20克到38克漸次分佈的水稻材料,從而建立了一套水稻籽粒大小精準設計系統。該研究發現,PPKL家族蛋白對細胞分裂素信號的抑製作用可能是一個古老的功能,其功能位點隱藏在甾醇類激素油菜素內酯信號組分中,發掘並利用這一基因,對作物進行分子設計改良具有重大應用價值。