基因组所汪泉团队初步解析赤霉素影响水稻落粒性的分子机制

落粒性（seed shattering）是水稻的重要生物学性状之一，直接影响着水稻的产量和品质。落粒性的丧失也是野生稻向普通栽培稻过渡的关键环节。水稻的落粒性与离层（abscission layer, AL）的形成有关；易落粒的水稻品种具有从表皮到接近维管束发育完全的离层，而难落粒品种没有离层或具有难降解的离层。一般来说，野生稻极易落粒，籼稻较易落粒，粳稻难落粒。在正常收获时，籼稻品种及部分较易落粒的粳稻品种，会因落粒造成产量损失；若在生育期或成熟期遭遇大风等恶劣天气，造成的产量损失更是无法弥补。因此，解析水稻籽粒脱落的分子机制，对于培育或改造具有适度落粒性的水稻品种，降低因落粒造成的产量损失及提高收获效率具有重要的意义。水稻的落粒性是由多基因控制或由少数主效基因和多个微效基因共同控制的数量性状。

赤霉素被广泛认为是引起“绿色革命”的激素。自20世纪60年代以来，半矮秆水稻品种的成功选育显著提高了水稻产量。赤霉素信号传导中的负反馈调节因子SLR1（SLENDER RICE 1）编码DELLA蛋白，SLR1能与不同的转录因子相互作用，在赤霉素存在的情况下，SLR1蛋白被降解，从而使赤霉素响应信号正常传导。赤霉素在水稻的生长发育中发挥了重要的作用，但对赤霉素是否参与调节种子落粒性的研究尚未有相关报道。

近日，基因组所汪泉团队在《植物细胞（The Plant Cell）》上在线发表了题为“Gibberellin signaling regulates lignin biosynthesis to modulate rice seed shattering”的研究论文。文章揭示了赤霉素信号通过调节离层区木质素含量影响籽粒脱落的新机制。

在本研究中，通过全基因组关联研究发现，赤霉素信号的负反馈调节因子SLR1参与了种子落粒性的调节。同时通过分析赤霉素合成（SD1、D18），分解（EUI1）与信号转导（SLR1）基因的突变体拉力大小，并利用离层特异性表达基因SHAT1的启动子特异表达proSHAT1: D18-GFP和proSHAT1: GA2ox1-GFP的转基因系中进行籽粒拉力测定，发现离层区赤霉素含量的增加或赤霉素信号的增强会导致水稻落粒性更强（拉力更小），反之则较难落粒。RNA-seq和RT-qPCR数据显示，离层区木质素的含量会影响水稻落粒性。进一步研究表明SLR1可以与水稻落粒基因qSH1、OSH15和SNB相互作用。并且这三个基因作为转录抑制因子能结合在木质素合成基因4CL3的启动子上，而SLR1与qSH1、OSH15和SNB的相互作用可以解除这三个基因对4CL3的抑制，增加离层区木质素的沉积，从而提高了断裂抗拉强度，降低了落粒程度。

基因组研究所博士后吴昊和何奇为论文的共同第一作者，汪泉研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、广东省重点领域研究发展计划、深圳市科创委科技计划等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad244