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中国科学家Nature子刊同期发表四项重要成果

2015.12.22

　　来自中科院、中国农科院、福建省农业科学院和武汉大学等机构的研究人员，分别在水稻及拟南芥研究中取得重要突破，四篇研究论文发布在最新一期（12月21日）的《Nature Plants》杂志上。

　　在这篇文章中，中科院生态环境研究中心朱永官(Yong-Guan Zhu)研究员与美国奥克兰大学的Zijuan Liu合作，证实肌醇转运蛋白AtINT2和AtINT4调控了拟南芥种子中的砷累积。

　　地下水和土壤砷污染威胁着全球数以千万计人民的健康。了解作物吸收砷的途径因此极为重要。膜转运蛋白促成了根吸收砷，通过木质部向地上部转移。在包括水稻在内的许多植物中已确定了一些膜转运蛋白的特征。但目前尚未鉴别出负责将来自木质部的砷运载到韧皮部及种子中的转运蛋白。

　　在这篇文章中，研究人员确定了在拟南芥中负责韧皮部肌醇吸收的转运蛋白也运输了砷。用AtINT2或AtINT4转化酿酒酵母可导致砷累积增多，提高了对亚砷酸盐的敏感度。在非洲爪蟾胚胎中表达AtINT2也可以诱导砷输入。相比于野生型拟南芥，在通过根提供亚砷酸盐的植物中破坏AtINT2或AtINT4可导致韧皮部、角果和种子砷浓度下降。当通过叶来提供亚砷酸盐时，这些植物也显示角果和种子砷浓度显著下降。

　　由此，研究人员认为在拟南芥中，是肌醇转运蛋白负责将亚砷酸盐输入到了韧皮部和种子中。

　　来自中科院遗传与发育生物学研究所的李云海（Yunhai Li）研究组与中国农业科学院的朱旭东(Xudong Zhu)研究员合作，证实在水稻中OsmiR396调控OsGRF4控制了谷粒大小和产量。

　　提高粮食产量对于现代农业至关重要。谷粒大小是水稻产量一个重要的组成部分，受到数量性状位点(QTLs)的调控。探究影响谷粒大小的新QTLs将帮助育种者开发出高产的优良水稻品种。

　　在这篇文章中，研究人员报告称在水稻中鉴别出了一个负责谷粒大小和重量的新半显性QTL(GS2)，其编码了转录因子OsGRF4，受到OsmiR396的调控。他们证实， GS2一个2bp的碱基替换突变会破坏OsmiR396对GS2的调控，导致谷粒大且重，提高粮食产量。进一步的结果揭示，GS2与转录辅激活因子OsGIF1/2/3发生了互作，OsGIF1过表达可提高谷粒大小和重量。

　　由此，新研究结果确定了GS2、OsGIFs和OsmiR396对谷粒大小和重量的调控机制，并提出这一信号通路可利用来提高作物的产量。

　　来自中科院遗传与发育生物学研究所的储成才(Chengcai Chu)课题组与福建省农业科学院的赵明富(Mingfu Zhao)研究员证实，GL2介导的油菜素内酯（brassinosteroid）反应控制了谷粒大小和水稻产量。

　　鉴于人口地不断增长及耕地面积的减少，粮食短缺已成为本世纪最严重的全球问题之一。谷粒大小是产量的决定因素之一，因此成为了遗传育种的主要目标。尽管在过去十年里鉴别出了一些与水稻谷粒大小相关的QTLs，对于它们功能的潜在机制仍不是很清楚。

　　在这里，研究人员证实一个粒长相关QTL—— GL2有潜力将粒重和子粒产量分别提高27.1%和16.6%。他们还证实GL2是OsGRF4的等位基因，它的miR396靶向序列中包含了一些突变。由于这一突变，GL2表达水平略升高，由此通过上调一些油菜素内酯诱导的基因来激活油菜素内酯反应促进了谷粒发育。此外，他们还发现水稻油菜素内酯信号中心负调控因子GSK2直接与OsGRF4互作，抑制了它的转录激活活性，介导了激素对粒长的特异调控。

　　由此，这项研究证实了通过调节特异油菜素内酯反应来提高植物生产力的可行性。

　　在这篇文章中，来自武汉大学生命科学学院的研究人员证实，阻断miR396可通过塑造花序结构来提高水稻产量。

中科院

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