葉夾角是影響水稻株型的重要農(nóng)藝性狀之一。合理調(diào)控葉夾角有利于葉片充分利用光能，通過(guò)密植實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)。葉枕是連接葉片和葉鞘的特殊結(jié)構(gòu)，決定葉夾角大小的形成。已有研究表明，植物激素油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroid，BR）作為重要調(diào)控因子，通過(guò)參與葉枕發(fā)育中細(xì)胞增殖、細(xì)胞伸長(zhǎng)、細(xì)胞壁木質(zhì)素沉積等進(jìn)程決定葉夾角的大小。

水稻OsFLP與OsBZR1和OsGSK1協(xié)同調(diào)控葉枕木質(zhì)素沉積調(diào)控葉夾角大小的模式圖

擬南芥FOUR LIPS（AtFLP）是最早發(fā)現(xiàn)參與擬南芥氣孔發(fā)育調(diào)控的R2R3-MYB類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子。國(guó)家植物園（南園）樂(lè)捷研究組在前期工作中，獲得了一個(gè)AtFLP水稻同源基因OsFLP的突變體Osflp-1。Osflp-1植株除氣孔發(fā)育異常和對(duì)鹽堿、干旱脅迫敏感外，還具有葉夾角增大、株型披散、旗葉下垂的表型。

科研人員最新研究發(fā)現(xiàn)，OsFLP在發(fā)育的葉枕中具有特異、動(dòng)態(tài)表達(dá)，與葉枕維管束和厚壁細(xì)胞中木質(zhì)素沉積時(shí)空模式一致。研究人員通過(guò)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，OsFLP與BR信號(hào)途徑存在密切關(guān)聯(lián)，OsFLP可作為OsBZR1的直接靶基因，通過(guò)促進(jìn)苯丙氨酸解氨酶家族基因OsPAL4和OsPAL6的轉(zhuǎn)錄，參與葉枕厚壁細(xì)胞木質(zhì)素沉積。同時(shí)，研究人員還驗(yàn)證了在Osflp-1突變體中的R3保守區(qū)域，丙氨酸被蘇氨酸取代后，會(huì)導(dǎo)致OsFLP的DNA結(jié)合能力和轉(zhuǎn)錄活性降低，OsFLP可以直接調(diào)控OsBZR1上游OsGSK1轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而影響OsBZR1磷酸化狀態(tài)和活性。

研究結(jié)果進(jìn)一步揭示BR參與調(diào)控水稻葉夾角形成的分子機(jī)制，提出了OsFLP通過(guò)與OsBZR1和OsGSK1協(xié)同精細(xì)調(diào)控葉枕機(jī)械組織中木質(zhì)素沉積，形成合理葉夾角的反饋調(diào)控途徑，為設(shè)計(jì)“理想株型”，完成優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的水稻品種改良目標(biāo)提供了新思路。

該研究成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊The Plant Cell。國(guó)家植物園（南園）已畢業(yè)博士研究生劉慧超為該文第一作者，樂(lè)捷研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

植物表皮發(fā)育與調(diào)控研究組

組長(zhǎng)：樂(lè)捷研究員

郵箱：lejie@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

植物表皮發(fā)育和調(diào)控途徑；植物細(xì)胞形態(tài)建成；細(xì)胞骨架與重力感應(yīng)；作物表皮發(fā)育和逆境。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻