生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張大兵教授團(tuán)隊闡明了生長素在調(diào)控水稻旗葉夾角中的作用機(jī)制
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張大兵教授團(tuán)隊在植物學(xué)著名期刊The Plant Cell發(fā)表了題目為“AUXIN RESPONSE FACTOR 6 and 17?control the flag leaf angle in rice by regulating secondary cell wall biosynthesis of lamina joints”研究論文。此項工作系統(tǒng)地解析了生長素在水稻旗葉夾角調(diào)控過程中作用機(jī)制。本文的第一作者是上海交通大學(xué)黃國強(qiáng)博士，通訊作者是上海交通大學(xué)張大兵教授，上海交通大學(xué)胡恒碩士、張姣博士、董樂博士、張鳳麗副教授、梁婉琪研究員參與了這項工作。同時該研究受到墨爾本大學(xué)、哥本哈根大學(xué)和阿德萊德大學(xué)的Allison van de Meene和Staffan Persson以及諾丁漢大學(xué)Malcolm Bennett的幫助。
旗葉是靠稻穗最近的最頂端葉片，旗葉角度是旗葉與垂直葉鞘之間的夾角，影響不同種植密度作物的光合能力，最終影響產(chǎn)量。前期研究表明生長素在旗葉夾角調(diào)控中起關(guān)鍵作用，但其中的細(xì)胞分子機(jī)制尚不明確。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為生長素通過調(diào)控細(xì)胞的延伸，進(jìn)而控制植物的形態(tài)，例如根長、葉夾角、植物向地性以及向光性等等。本研究結(jié)合反向遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)以及生物化學(xué)等技術(shù)，證實生長素通過調(diào)控旗葉節(jié)點(diǎn)厚壁組織次生細(xì)胞壁的合成，進(jìn)而調(diào)控旗葉的角度 (Fig. 1)。
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Fig. 1 突變體次生細(xì)胞壁合成受阻
（A-C）?野生型旗葉節(jié)點(diǎn)的CT掃描圖像。整體（A）和背面（B）以及背面局部放大圖（C）。AD，adaxial; AB, abaxial; V, vascular; Sc, sclerenchymatous cells.（D-F）?osarf6osarf17（dm）旗葉節(jié)點(diǎn)的CT掃描圖像。整體（D）和背面（E）以及背面局部放大圖（F）。AD，adaxial; AB, abaxial; V, vascular; Sc, sclerenchymatous cells.
該研究作者發(fā)現(xiàn)了兩個在水稻葉枕組織中高度表達(dá)的生長素響應(yīng)因子OsARF6和OsARF17相互作用，共同調(diào)節(jié)水稻的旗葉角度。功能缺失的雙突變體osarf6osarf17旗葉角度增大，雙突變體葉枕組織機(jī)械強(qiáng)度明顯減弱，厚壁細(xì)胞的次生細(xì)胞壁組成成分減少，導(dǎo)致密植條件下的作物旗葉角度增大以及谷物產(chǎn)量降低。作者進(jìn)一步通過生化以及細(xì)胞生物學(xué)等手段，證實次生細(xì)胞壁的關(guān)鍵調(diào)控基因ILA1，作用于OsARF6和OsARF17的直接下游，ILA1的敲除突變體呈現(xiàn)和dm類似表型。根據(jù)以上結(jié)果，作者進(jìn)一步提出了本文模型 (Fig. 2)，即OsARF6和OsARF17通過調(diào)控下游基因ILA1的表達(dá)，調(diào)控旗葉節(jié)點(diǎn)厚壁細(xì)胞次生細(xì)胞壁的合成，進(jìn)而調(diào)控旗葉夾角。該研究揭示了生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控次生細(xì)胞壁成分決定旗葉角度的機(jī)制，為水稻和其他谷物作物提供了育種目標(biāo)。
Fig.2 本文模型
本項目受到國家重大研究計劃（2016YFD0100804和2016YFE0101000）、國家自然科學(xué)基金（31970803和31861163002）、中國博士后科學(xué)基金（2019M661486）、中國博士后特別支持（2021T140446）以及上海超級博后（2018063）的經(jīng)費(fèi)資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koab175
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