東北地理所在水稻抗逆分子機(jī)制研究上取得重要進(jìn)展
黑龍江省是我國(guó)水稻種植面積最大、產(chǎn)量最多的省份，也是重要的優(yōu)質(zhì)稻米生產(chǎn)基地。在研究所整體規(guī)劃下，水稻分子育種學(xué)科組于2014年成立，主要針對(duì)黑龍江省水稻生產(chǎn)中的日照長(zhǎng)、積溫低等生產(chǎn)問(wèn)題，以黑龍江水稻為材料，發(fā)掘和利用對(duì)寒地水稻主要農(nóng)藝性狀具有重要價(jià)值的關(guān)鍵基因和主要調(diào)控位點(diǎn)，展開功能基因研究，并利用分子育種策略，培育水稻新種質(zhì)和新品種。經(jīng)過(guò)幾年的潛心研究，卜慶云研究團(tuán)隊(duì)于2017年取得系列重要進(jìn)展，相繼在Plant Cell（IF:8.726）， Plant Physiology（IF:6.456）等植物學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際期刊發(fā)表。研究進(jìn)展如下：
1、水稻表皮蠟質(zhì)合成和干旱反應(yīng)的分子機(jī)制
表皮蠟質(zhì)是植物最外面的疏水層，對(duì)于植物防御環(huán)境脅迫有重要保護(hù)作用，尤其在干旱脅迫條件下減少植物非氣孔途徑的水分流失。我們研究發(fā)現(xiàn)水稻DROUGHT HYPERSENSITIVE (DHS) 編碼的蛋白，是水稻蠟質(zhì)合成的重要調(diào)控因子。DHS過(guò)量表達(dá)植株表皮蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，蠟質(zhì)組分含量與野生型相比顯著降低，對(duì)干旱極為敏感；反之，dhs 突變體與野生型相比，蠟質(zhì)組分含量顯著增加，抗旱能力增強(qiáng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，DHS具有E3泛素連接酶活性，能夠與HD-ZIP Ⅳ家族轉(zhuǎn)錄因子ROC4相互作用，DHS促進(jìn)ROC4降解，而dhs突變減緩ROC4降解；遺傳學(xué)分析表明，ROC4作用于DHS下游；DHS-ROC4直接調(diào)控下游靶基因Os-BDG的表達(dá)。綜上所述，DHS通過(guò)泛素化降解ROC4，從而負(fù)調(diào)控表皮蠟質(zhì)合成，進(jìn)而影響水稻抗旱能力，該作用機(jī)制的揭示對(duì)水稻抗旱育種具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
2、水稻BR信號(hào)和株型調(diào)控的分子機(jī)制
水稻株型與產(chǎn)量和抗性密切相關(guān)，油菜素內(nèi)酯(Brassinosteroid)是調(diào)控水稻主要的植物激素。我們發(fā)現(xiàn)水稻轉(zhuǎn)錄因子OsWRKY53能夠參與調(diào)控BR信號(hào)， OsWRKY53基因過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻（OsWRKY53-OE）呈現(xiàn)出葉傾角增大、種子增大、其葉角對(duì)外源的BR處理超敏感等一系列BR信號(hào)增強(qiáng)的表型；和敲除突變體oswrky53則表現(xiàn)為與OsWRKY53-OE相反的表型。OsWRKY53-OE d61-2雙突變體分析表明，OsWRKY53能夠部分恢復(fù)由于BRI1的BR信號(hào)缺陷的表型，在遺傳學(xué)上OsWRKY53位于BRI1的下游。進(jìn)一步研究分析發(fā)現(xiàn)，OsWRKY53與OsMAPK6之間存在互作關(guān)系，并且OsMAPK6能夠磷酸化OsWRKY53。證明OsWRKY53被OsMAPK6磷酸化是其發(fā)揮BR信號(hào)正調(diào)控因子功能的關(guān)鍵。這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，而且挖掘了OsWRKY53未被報(bào)道的生物功能，對(duì)不同激素之間轉(zhuǎn)導(dǎo)提供新的研究思路和研究視角，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
論文信息：
Zhenyu Wang(王臻昱), Xiaojie Tian, Qingzhen Zhao, Zhiqi Liu, Xiufeng Li, Yuekun Ren, Jiaqi Tang, Jun Fang, Qijiang Xu, Qingyun Bu (2017). The E3 Ligase DROUGHT HYPERSENSITIVE Negatively Regulates Cuticular Wax Biosynthesis by Promoting the Degradation of Transcription Factor ROC4 in Rice, The Plant Cell, DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.17.00823
Tian X（田曉杰）, Li X, Zhou W, Ren Y, Wang Z, Liu Z, Tang J, Tong H, Fang J, Bu Q (2017) Transcription factor OsWRKY53 positively regulates brassinosteroid signaling and plant architecture. Plant Physiol，175(3)：1337-1349，DOI: https://doi.org/10.1104/pp.17.00946
論文鏈接：
http://www.plantcell.org/content/early/2017/12/13/tpc.17.00823/tab-article-info
http://www.plantphysiol.org/content/early/2017/09/11/pp.17.00946
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