必赢766net手机版方中明课题组揭示OsMADS60-OsPIN5b模块调控水稻分蘖的作用机制

2025-03-17 浏览次数： 10

贵州大学必赢766net手机版方中明课题组揭示OsMADS60-OsPIN5b模块调控水稻分蘖的作用机制

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，养活了全球一半以上的人口。在水稻分蘖的调节途径中，生长素对控制水稻产量起重要作用。目前已经在水稻生长素转运蛋白PIN家族中克隆并验证了与水稻分蘖和产量有关的基因，但有关生长素介导的与水稻分蘖相关的分子调控网络研究仍然有限。

近期，必赢766net手机版水稻产业技术研究院/贵州省粮油作物分子育种重点实验室、山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室方中明教授课题组在植物科学期刊Plant Journal在线发表了题为“Auxin-responsive OsMADS60 negatively mediates rice tillering and grain yield by modulating OsPIN5b expression”的研究论文，揭示了生长素应答转录因子OsMADS60直接与OsPIN5b启动子中的CArG元件结合，激活其表达，从而调控水稻分蘖和籽粒产量的分子机制。

研究者前期在水稻种质资源中发现了OsMADS60的启动子序列在籼稻和粳稻之间存在差异，结果揭示OsMADS60主要存在四个单倍型（图1A），这些不同单倍型中OsMADS60表达量的降低与水稻分蘖数的增加之间存在潜在的相关性（图1）。之后通过构建OsMADS60的超表达和突变体材料并显示超表达植株的分蘖数、单株粒数和单株产量均降低，表明OsMADS60基因表达量与水稻分蘖数、单株粒数和单株产量呈负相关（图2）。进一步发现OsMADS60在不同浓度生长素的作用下负向介导水稻分蘖芽的伸长（图3）。随后为了确定生长素转运体OsPINs是否受到OsMADS60的调控，检测了OsPINs在OsMADS60转基因植株中的表达水平，最终发现OsPIN5b最有可能受到OsMADS60的调控（图4）。为了进一步确认OsMADS60与下游基因OsPIN5b之间的直接相互作用，研究者进行了OsMADS60与下游基因OsPIN5b的多种互作验证实验（LUC、EMSA和酵母单杂交），结果表明OsMADS60可以促进OsPIN5b的表达（图5）。之后通过在ZH11中构建OsPIN5b的超表达和突变体材料验证了OsPIN5b表达、生长素浓度与水稻分蘖之间的正相关关系。此外，该研究还通过杂交手段创建了OsMADS60-C×OsPIN5b-OE和OsMADS60-OE×OsPIN5b-C的杂交材料，通过其材料表型以及生长素和生长素抑制剂处理实验进一步从遗传学角度验证了OsMADS60和OsPIN5b在水稻分蘖调控中的关系（图6）。基于上述研究结果，最终提出了OsMADS60/OsPIN5b模块调控水稻分蘖的工作模型（图7）。

本研究揭示了生长素应答型转录因子OsMADS60直接与OsPIN5b启动子中的CArG元件结合，激活其表达，从而调控水稻分蘖和籽粒产量的分子机制。这一发现阐明了OsMADS60-OsPIN5b是连接生长素信号和分蘖发育的重要模块，研究结果为分子育种中分蘖数和产量的同步微调奠定了基础。

贵州大学必赢766net手机版水稻产业技术研究院在读研究生武文豪和毕业研究生李泓雨为该文共同第一作者，方中明教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32060064）、贵州省优秀青年科技人才项目（Qiankehepingtairencai-YQK (2023) 002）、贵州省基础研究计划重点项目（Qiankehejichu-ZK (2022) Key 008）和贵州省重点实验室项目（Qiankehezhongyindi (2023) 008）等的支持。该课题组长期从事水稻产量性状的遗传基础解析及生物育种研究，通过挖掘和鉴定水稻高产调控基因，为水稻优质稻高产育种提供理论基础；开展高产和优质协同的分子基础研究，为水稻高产优质稻培育提供实践途径；创制高产的优质稻新种质和新品种，带动水稻增产增收和提质增效。