近日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所萬建民教授課題組在控制植物分枝（蘗）的新激素信號轉導研究中取得開創(chuàng)性進展，首次在遺傳和生化層面證實了D53蛋白作為獨腳金內(nèi)酯信號途徑的抑制子參與調(diào)控植物分枝（蘗）的生長發(fā)育。該項成果于12月11日在線發(fā)表在國際學術頂級刊物《自然（Nature）》雜志上，是迄今為止我國在植物學領域中少有的幾篇“NatureArticle”之一。
該項研究是與南京農(nóng)業(yè)大學作物遺傳與種質改良國家重點實驗室全面合作完成，后期工作還與美國華盛頓大學、北京國家植物基因研究中心、日本東京大學等單位合作完成。該項研究工作得到了科技部的大力支持，獲得“十二五”國家863計劃“水稻分子設計育種技術與品種創(chuàng)制課題（編號：2012AA101101）”、“水稻株型和粒型的功能基因組研究課題（編號：2012AA10A301）”資助。
雜交稻的推廣應用被譽為第二次綠色革命，秈粳亞種間強大雜種優(yōu)勢的有效利用，可實現(xiàn)水稻單產(chǎn)的再次飛躍。但是，秈粳交雜種普遍存在株高超親等問題，使得秈粳亞種間雜種優(yōu)勢的利用受到了極大的限制。利用部分顯性矮桿基因可有效解決秈粳雜種的株高偏高問題。此外，水稻的分蘗和株高被認為是水稻株型的重要組成部分，同時也是雜種產(chǎn)量形成的決定因素。2008年，法國和日本的兩個研究小組的科研人員同時發(fā)現(xiàn)了調(diào)控植物分枝的第三種激素——獨腳金內(nèi)酯（Strigolactone），突破了植物莖分枝由生長素和細胞分裂素這兩種激素調(diào)控的傳統(tǒng)觀念。大量研究結果表明獨腳金內(nèi)酯的合成很可能源于類胡蘿卜素途徑，但對其信號傳導途徑的機理還知之甚少。萬建民課題組利用一個部分顯性水稻矮化多分蘗突變體（該突變體由日本九州大學惠贈，命名為dwarf53(d53)）進行外源激素處理和內(nèi)源激素測定表明，d53是一個獨腳金內(nèi)酯不敏感突變體。通過精細定位和圖位克隆，他們獲得了位于水稻第11號染色體短臂末端的DWARF53(D53)基因，該基因編碼一個新的在結構上與I類ClpATPase類似的核蛋白。后續(xù)的功能分析發(fā)現(xiàn)，在獨腳金內(nèi)酯存在的條件下D53蛋白可與兩個已知的獨腳金內(nèi)酯信號分子D14、D3互作形成D53–D14–SCFD3蛋白復合體，進而使得泛素化的D53蛋白特異地被蛋白酶體系統(tǒng)降解，從而誘導下游目標基因的表達以及獨腳金內(nèi)酯信號的響應。
水稻D53蛋白作為獨腳金內(nèi)酯信號途徑的抑制子參與調(diào)控分蘗的生長發(fā)育的研究成果，不僅為農(nóng)作物的株型改良提供重要的理論基礎，同時也為水稻秈粳交雜種優(yōu)勢利用提供了有價值的基因和育種材料，并進一步為秈粳交雜種優(yōu)勢在生產(chǎn)上的有效利用提供更廣泛的應用前景。
與此同時，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李家洋院士課題組相關科研人員利用他們自己發(fā)現(xiàn)的水稻矮化多分蘗突變體e9也獨立完成相關實驗并得到了與本研究相似的結論。相關論文以“Article”的形式發(fā)表在同一期的《Nature》雜志上。
