水稻正常植株與窄葉突變體nal21? ? ? ?中國農(nóng)科院作科所供圖

水稻葉片寬度調(diào)控基因NAL21在不同部位的表達(dá)?? ?中國農(nóng)科院作科所供圖

2月16日，《植物生理》（Plant Physiology）在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)揭示的水稻葉片寬度調(diào)節(jié)的新機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，核糖體蛋白NAL21/RPS3A通過調(diào)節(jié)生長素響應(yīng)因子和葉片側(cè)向擴(kuò)展調(diào)節(jié)因子的翻譯水平，來影響水稻葉片寬度。

論文通訊作者、作物科學(xué)研究所研究員李學(xué)勇介紹，葉片是植物進(jìn)行光合作用、呼吸作用和蒸騰作用的重要器官，也影響著植物的整體株型結(jié)構(gòu)。其中，葉片寬度是葉片形態(tài)的重要指標(biāo)，是一個由多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀。當(dāng)前，部分調(diào)控水稻葉片寬度的基因已被克隆，然而葉片寬度調(diào)控的分子機(jī)制，特別是蛋白翻譯水平上的調(diào)控仍有待研究。

該研究通過誘變，獲得了一個窄葉突變體nal21。該突變體葉片大葉脈、小葉脈數(shù)目減少，葉片表皮細(xì)胞體積變小，細(xì)胞數(shù)目也減少，導(dǎo)致葉片變短變窄，同時該突變體對生長素的敏感性也降低。

圖位克隆表明，水稻葉片寬度調(diào)控基因NAL21編碼一個核糖體小亞基蛋白RPS3A。研究發(fā)現(xiàn)，在nal21突變體中，核糖體結(jié)構(gòu)異常，生長素響應(yīng)因子ARFs的蛋白質(zhì)翻譯效率降低，導(dǎo)致生長素調(diào)控的葉片細(xì)胞分裂和擴(kuò)展受阻。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，RPS3A還能在翻譯水平上調(diào)控葉片側(cè)向擴(kuò)展關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子WOX3A的表達(dá)。通過提高ARFs和WOX3A的翻譯效率，可使nal21突變體的葉片恢復(fù)正常表型。

該項(xiàng)研究揭示了葉片發(fā)育過程中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的適當(dāng)翻譯調(diào)控是維持葉片正常形態(tài)所必需的，這項(xiàng)工作為完善水稻葉型發(fā)育分子機(jī)制提供新的理論依據(jù)。

該研究得到了國家轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和國家留學(xué)基金委等項(xiàng)目的資助。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiab075



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