我国科学家在控制水稻分蘖的新激素独角金内酯信号转导研究中取得突破性进展

[本刊讯]最近,中国科学院遗传发育所李家洋院研究员课题组与南京农业大学、中国农业科学院万建民教授课题组在控制水稻分蘖的新激素独角金内酯信号转导研究中取得了突破性进展,2013年12月11日在线出版的《Nature》杂志同期发表了他们各自独立完成的研究成果,题目分别为“DWARF 53 acts as a repressor of strigolactone signaling in rice”(doi:10.1038/nature12870) 和“D14–SCFD3-dependent degradation of D53 regulates strigolactone signaling”(doi:10.1038/nature12878)。

李家洋课题组和万建民课题组分别利用一个显性水稻矮化多分蘖突变体dwarf 53(d53),进行外源激素处理和内源激素测定表明,d53是一个独脚金内酯不敏感突变体。通过图位克隆,他们获得了位于水稻第 11号染色体短臂末端的D53基因,该基因编码一个新的在结构上与I类Clp ATPase类似的核蛋白。两个课题组分别独立地通过系统而深入的研究,得到了相似的结论,即在独脚金内酯存在的条件下 D53蛋白可与两个已知的参与独脚金内酯信号途径的关键蛋白D14、D3互作,形成D53–D14–SCFD3蛋白复合体,D53蛋白进而被泛素化,从而特异地被蛋白酶体系统降解,诱导下游目标基因的表达以及独脚金内酯信号的响应。该研究结果首次在遗传和生化层面上证实了D53蛋白作为独脚金内酯信号途径的抑制子参与调控植物分枝(蘖)的生长发育,具有重要的科学意义。他们发现的独角金内酯信号转导的“去抑制化激活”机制与生长素、赤霉素、茉莉酸等重要激素的信号转导激活机制类似,表明这是植物在进化过程中选择的一种主要调控模式。这是李家洋课题组和万建民课题组继2012年在《Nature Communications》上独立报道TAD1/TE蛋白调控水稻分蘖形成机理后,在阐述植物分枝(蘖)形成机制领域的又一重大研究进展。他们的研究成果不仅为水稻株型改良提供重要的理论基础,也为水稻籼粳交杂种优势利用提供了有用的基因和材料。《Nature》同时在NEWS & VIEWS专栏配发题为“Witchcraft and destruction”的专文评述,高度评价该项工作的理论意义和潜在应用价值。