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基因中心聯(lián)合中山大學(xué)、我院水稻所共同揭示miR397-OsLAC-OsTTL通路調(diào)控水稻產(chǎn)量的新機(jī)制
近日，基因中心聯(lián)合中山大學(xué)、我院水稻所在Plant Cell（中科院一區(qū)，IF=11.6）上在線發(fā)表了題為“A transthyretin-like protein acts downstream of miR397 and LACCASE to regulate grain yield in rice”的研究論文，揭示了miR397-OsLAC-OsTTL通路介導(dǎo)BR信號(hào)進(jìn)而調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量的分子機(jī)制。該研究建立了漆酶家族成員聯(lián)系植物BR信號(hào)通路的分子紐帶，加深了對(duì)非編碼RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)性、系統(tǒng)性和復(fù)雜性的理解?；蛑行挠谘蟾毖芯繂T為論文第一作者，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳月琴教授和練劍平副教授為論文通訊作者。我院水稻所劉清副研究員、基因中心馮彥釗博士和薛皦博士參與研究工作。
MicroRNA（miRNA）主要通過(guò)調(diào)控基因的表達(dá)來(lái)影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，從而導(dǎo)致表型變化和生命演化。植物漆酶作為一類古老的蛋白家族，曾被報(bào)道主要參與木質(zhì)素合成、酚類化合物的氧化以及活性氧物質(zhì)的積累。2013年，中山大學(xué)陳月琴教授課題組在Nature Biotechnology雜志發(fā)表文章，首次報(bào)道了漆酶蛋白的新功能：漆酶基因OsLAC受到miR397的調(diào)控，并通過(guò)影響油菜素甾醇（BR）信號(hào)途徑來(lái)調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量（Zhang et al., 2013）。然而，漆酶如何影響B(tài)R信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和水稻產(chǎn)量的確切機(jī)制卻不清楚。
在該研究中，作者對(duì)OsLAC進(jìn)行了生化和遺傳學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)transthyretin-like（OsTTL）蛋白可與OsLAC相互作用，并在水稻中充當(dāng)BR信號(hào)的負(fù)調(diào)控因子。在水稻中過(guò)表達(dá)OsTTL導(dǎo)致植株呈現(xiàn)株型矮小、葉片直立、籽粒變小和產(chǎn)量降低等表型，而敲除OsTTL基因則導(dǎo)致植株籽粒增大和產(chǎn)量提高。有趣的是，OsTTL蛋白Ser226位點(diǎn)的磷酸化修飾對(duì)該蛋白的降解至關(guān)重要，而OsLAC與OsTTL的結(jié)合可以保護(hù)OsTTL免受磷酸化介導(dǎo)的蛋白降解。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)BR信號(hào)受體蛋白OsBRI1可能參與了OsTTL蛋白的磷酸化過(guò)程，進(jìn)一步的遺傳互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)也顯示Osttl× OsBRI1-RNAi植株的籽粒明顯比OsBRI1-RNAi和野生型植株大，表明敲除OsTTL有效地回補(bǔ)了OsBRI1敲低所帶來(lái)的BR不敏感表型。
MiR397-OsLAC-OsTTL模塊介導(dǎo)BR信號(hào)調(diào)控水稻產(chǎn)量的模式圖
該研究確立了漆酶蛋白與BR信號(hào)之間的直接聯(lián)系，揭示了miR397-OsLAC-OsTTL這一調(diào)控通路的分子功能，有望為作物遺傳改良和新品種的選育提供物質(zhì)基礎(chǔ)和理論支撐。
研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金-廣東聯(lián)合基金、廣東省自然科學(xué)基金、“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向-廣東重要農(nóng)作物功能基因挖掘與應(yīng)用以及廣東省農(nóng)作物種質(zhì)資源保存與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題等項(xiàng)目資助。
