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基因中心聯(lián)合中山大學、我院水稻所共同揭示miR397-OsLAC-OsTTL通路調(diào)控水稻產(chǎn)量的新機制
近日，基因中心聯(lián)合中山大學、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BR信號進而調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量的分子機制。該研究建立了漆酶家族成員聯(lián)系植物BR信號通路的分子紐帶，加深了對非編碼RNA調(diào)控網(wǎng)絡精準性、系統(tǒng)性和復雜性的理解?；蛑行挠谘蟾毖芯繂T為論文第一作者，中山大學生命科學學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）主要通過調(diào)控基因的表達來影響植物的生長和發(fā)育，從而導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，曾被報道主要參與木質素合成、酚類化合物的氧化以及活性氧物質的積累。2013年，中山大學陳月琴教授課題組在Nature Biotechnology雜志發(fā)表文章，首次報道了漆酶蛋白的新功能：漆酶基因OsLAC受到miR397的調(diào)控，并通過影響油菜素甾醇（BR）信號途徑來調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量（Zhang et al., 2013）。然而，漆酶如何影響B(tài)R信號轉導和水稻產(chǎn)量的確切機制卻不清楚。
在該研究中，作者對OsLAC進行了生化和遺傳學分析，發(fā)現(xiàn)transthyretin-like（OsTTL）蛋白可與OsLAC相互作用，并在水稻中充當BR信號的負調(diào)控因子。在水稻中過表達OsTTL導致植株呈現(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基因則導致植株籽粒增大和產(chǎn)量提高。有趣的是，OsTTL蛋白Ser226位點的磷酸化修飾對該蛋白的降解至關重要，而OsLAC與OsTTL的結合可以保護OsTTL免受磷酸化介導的蛋白降解。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)BR信號受體蛋白OsBRI1可能參與了OsTTL蛋白的磷酸化過程，進一步的遺傳互補實驗也顯示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有效地回補了OsBRI1敲低所帶來的BR不敏感表型。
MiR397-OsLAC-OsTTL模塊介導BR信號調(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基礎和理論支撐。
研究得到國家自然科學基金-廣東聯(lián)合基金、廣東省自然科學基金、“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用以及廣東省農(nóng)作物種質資源保存與利用重點實驗室開放課題等項目資助。
