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記者9日從中國(guó)水稻研究所獲悉，該所張健研究員團(tuán)隊(duì)與胡培松院士團(tuán)隊(duì)經(jīng)合作，首次揭示了“植物胰島素”6-磷酸-海藻糖(Tre6P)調(diào)控水稻碳源分配與籽粒產(chǎn)量的機(jī)制，為作物高產(chǎn)遺傳改良提供了新思路。相關(guān)研究成果近日已發(fā)表于《分子植物(Molecular Plant)》雜志。

在高血糖情況下，脊椎動(dòng)物主要通過分泌胰島素，刺激血糖消耗和糖原合成來維持血糖穩(wěn)態(tài)，保證生理功能的正常運(yùn)行。近年來，植物中的Tre6P被發(fā)現(xiàn)具有類似胰島素的功能。Tre6P還可通過促進(jìn)源—庫(kù)轉(zhuǎn)運(yùn)等形式反饋調(diào)節(jié)糖水平。作為維持糖穩(wěn)態(tài)的核心激素，Tre6P廣泛參與了調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育與逆境響應(yīng)等生理過程。然而，Tre6P具體如何維持糖穩(wěn)態(tài)、與其他能量調(diào)控因子互作協(xié)調(diào)碳源的源—庫(kù)分配以及如何利用Tre6P相關(guān)基因改良作物的產(chǎn)量等核心問題仍有待闡明。

“尤為重要的是，Tre6P具有極大地改良作物產(chǎn)量的潛力。”張健介紹，已有研究表明，在玉米中異源表達(dá)水稻Tre6P磷酸酶基因OsTPP1可提升9%—49%的產(chǎn)量;直接噴施可吸收的Tre6P前體亦可使小麥增產(chǎn)20%。

研究團(tuán)隊(duì)在水稻中鑒定了一個(gè)調(diào)控Tre6P積累的糖誘導(dǎo)表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子基因OsNAC23。OsNAC23可直接結(jié)合在Tre6P磷酸酶基因OsTPP1的啟動(dòng)子區(qū)域，抑制OsTPP1的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)Tre6P的累積。已有研究表明，Tre6P可直接結(jié)合植物能量饑餓感受器SnRK1并抑制其酶活。該研究進(jìn)一步顯示，OsNAC23-Tre6P-SnRK1a三者形成一條正向調(diào)節(jié)回路來維持水稻碳源分配和籽粒產(chǎn)量。

研究團(tuán)隊(duì)在日本晴、南粳46和中水01三個(gè)水稻品種的實(shí)驗(yàn)過程中過量表達(dá)OsNAC23基因，顯著地提高了植株Tre6P含量。多年多地的田間產(chǎn)量區(qū)試結(jié)果表明，相較于野生型，轉(zhuǎn)基因植株在生長(zhǎng)后期表現(xiàn)出典型的青桿黃熟的高產(chǎn)性狀，有效穗數(shù)和千粒重顯著增加，產(chǎn)量提升8.7%—16.1%，為利用“植物胰島素”Tre6P相關(guān)基因改良作物的產(chǎn)量提供了優(yōu)異的基因資源和應(yīng)用示范。(洪恒飛 陳鎏琰 科技日?qǐng)?bào)記者 江耘)