上海交通大学农业与生物学院薛红卫课题组揭示生长素和油菜素甾醇协同调控水稻叶倾角发育

叶片是水稻植株的重要组成部分，是进行光合作用的主要场所。改善水稻叶形能够增大叶面积指数和提升叶片光合效率，为稳产、高产提供可靠的保障。水稻育种实践中，高产品种特别是杂交水稻的株型紧凑，叶源量大，单叶面积大，但往往导致叶片披垂、群体透光度下降、群体光合量减少等，成为阻碍高产的关键因素之一。研究发现，水稻叶片内卷直立同时剑叶角度减小，增大受光面积，减小阳光反射率，增加透光度，提高群体的光合生产量，减少植株的发病率。控制叶倾角形成的因素复杂，植物激素特别是油菜素甾醇（BR）和生长素在叶倾角发育中具有重要调节作用，但是对这两类激素如何协同调控叶倾角形成的分子机理仍缺乏深入解析。近日，上海市现代种业协同创新中心薛红卫课题组在TheCropJournal在线发表了题为RiceOsIAA6interactswithOsARF1andregulatesleafinclination的研究论文，揭示了OsIAA6通过OsIAA6-OsARF1模块抑制生长素信号并参与水稻叶倾角调控。同时OsIAA6作为OsBZR1的下游靶基因参与了BR信号调控的叶倾角形成，为解析生长素和BR协同调控叶倾角发育提供了重要线索。研究者通过筛选水稻T-DNA插入突变体库，获得了一个对生长素不敏感、叶倾角增大的突变体arr1，细胞学分析表明突变体叶倾角增大是由于叶枕部位近轴面细胞伸长增强引起的。遗传分析表明arr1表型是由于T-DNA插入在OsIAA6基因的启动子区域，导致OsIAA6基因表达上调。在利用高通量接合型酵母双杂交系统构建了水稻Aux/IAA蛋白家族与ARF蛋白家族的相互作用网络的基础上，发现OsIAA6可与多个OsARF蛋白互作。进一步的遗传实验证明，在arr1/iaa6-D突变体中过表达OsARF1能恢复突变体叶倾角增大的表型。此外，iaa6-D突变体中BR信号也发生了改变，凝胶阻滞实验证实OsBZR1可以直接结合OsIAA6基因启动子区域，表明OsIAA6也参与了BR信号调控的叶倾角形成。该研究证明了OsIAA6-OsARF1作为功能性模块参与调控水稻叶倾角，为特定组合IAA-ARF的功能阐明提供了线索，也有助于了解生长素和BR协同调控叶倾角形成的机制。该课题组邢梅青副研究员和中科院分子植物科学卓越创新中心王伟博士为该论文共同第一作者，薛红卫教授为通讯作者，中科院分子植物科学卓越创新中心方兴博士参与了研究工作。该研究得到了国家万人计划科技领军人才项目的资助。原文链接https://doi.org/10.1016/j.cj.2022.02.010