上海生科院等发现赤霉素参与水稻穗型调控新机制

10月20日，PLOS Genetics杂志发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所林鸿宣研究组题为The QTL GNP1 Encodes GA20ox1, Which Increases Grain Number and Yield by Increasing Cytokinin Activity in Rice Panicle Meristems的研究论文。该工作从新的视角揭示了水稻穗型调控机制中可能存在的赤霉素与细胞分裂素的动态再平衡过程。

作为一种重要的复杂农艺性状，水稻穗型一直以来是提高水稻产量的主要育种改良目标，其中以每穗粒数尤为重要。水稻穗粒数的发育则受到穗原基活性的调控。细胞分裂素和KNOX家族转录因子被报道在水稻穗原基活性的调控中起到至关重要的作用。然而，作为另一种重要的植物激素赤霉素在这一调控过程中所扮演的角色及可能存在的调控机制却少有报道。

林鸿宣研究组与中国农科院作物所/深圳农业基因组所徐建龙研究组开展合作，克隆到了一个控制水稻穗粒数性状的QTL, GNP1。相较于近等基因系NIL-GNP1LT，NIL-GNP1TQ具有约56%的总穗粒数增加和约28%的实粒数增加。穗粒数的增加主要归因于次级枝梗数目的增加，并最终导致了NIL-GNP1TQ在多地小区试验中稻谷产量增幅5.7～9.6%，表明GNP1在作物高产育种中有应用价值。遗传分析验证了该基因作为一个赤霉素合成相关基因，GA20ox1对水稻穗粒数表型有贡献。对该基因的功能分析表明在水稻穗部性状发育调控过程中赤霉素也发挥着重要的作用；进一步的分析揭示了KNOX家族转录因子介导的赤霉素和细胞分裂素参与水稻穗部性状发育调控信号间的再平衡机制。该研究为穗部性状发育的复杂调控机理研究提供了新思路，也为高产育种提供了新策略。

该工作由博士生吴渊和王韵等共同完成，并得到科技部、国家自然基金委、中科院等的资助。