來自中科院植物研究所，遺傳與發(fā)育研究所的研究人員發(fā)表了題為“Dynamics of Brassinosteroid Response Modulated by Negative Regulator LIC in Rice”的文章，揭示了植物BR信號途徑調(diào)控的一種新機制：一個水稻C3H鋅指蛋白（LIC）作為負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)調(diào)控。相關(guān)成果公布在PLoS Genetics雜志上。

文章的通訊作者是植物研究所種康研究員，種康研究組博士研究生張翠為論文的第一作者。種康研究員曾入選中科院“百人計劃“，國家青年科學(xué)基金獲得者，主要研究領(lǐng)域為環(huán)境應(yīng)答功能基因組研究、開花與春化作用分子機理研究、水稻擬南芥器官發(fā)生的分子機理。

水稻劍葉的傾角直接影響籽粒灌漿并最終控制產(chǎn)量。植物甾醇類激素-油菜素內(nèi)酯（BR）能特異地調(diào)控水稻葉夾角，且能促進不同作物生長，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。植物細(xì)胞中BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的“激活”組分與通路業(yè)已在模式植物中明晰，但其信號系統(tǒng)中的“制動”元件與機制尚知之甚少。

在這篇文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)并證實了一個水稻C3H鋅指蛋白（LIC）作為負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子，介導(dǎo)一條新的BR“信號制動”通路。實驗證明LIC及其互作基因網(wǎng)絡(luò)通過控制葉枕近軸面細(xì)胞伸長而介導(dǎo)葉片傾角的改變。這一成果對于水稻高產(chǎn)分子設(shè)計育種具有重要意義。

研究人員首先在LIC基因的功能獲得性突變體和超表達(dá)株系中觀察到具有葉片直立、密穗等高產(chǎn)農(nóng)藝形狀，而反義轉(zhuǎn)基因植株葉夾角變大。LIC基因編碼C3H鋅指類轉(zhuǎn)錄因子，負(fù)調(diào)控其靶基因，這些基因包含BR信號系統(tǒng)的核心“激活因子”BZR1及其下游基因。

另一方面，LIC基因又被BZR1結(jié)合在轉(zhuǎn)錄水平上直接受到抑制。LIC蛋白作為GSK3/BIN2類激酶底物直接被磷酸化。而LIC蛋白的磷酸化修飾控制其在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核間的穿梭，從而阻礙對下游基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。LIC與BZR1對下游基因的調(diào)控作用方向相反。

在高濃度BR條件下，LIC抑制BR“信號激活”因子的轉(zhuǎn)錄，從而阻遏BR信號，顯示其信號“制動”功能。而在低濃度BR條件下，BZR1抑制LIC的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，表現(xiàn)出“信號激活”狀態(tài)。LIC與BZR1功能拮抗，在不同生理濃度區(qū)間協(xié)同調(diào)控BR信號平衡。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了植物BR信號途徑調(diào)控的嶄新機制。該機制與葉片傾角調(diào)節(jié)和密穗等高產(chǎn)性狀遺傳材料將為水稻分子設(shè)計育種提供分子功能模塊元件。

種康研究組近年來獲得了不少重要成果，去年他們在Plant Cell雜志上發(fā)表文章，發(fā)現(xiàn)了一個kinesin類型馬達(dá)蛋白具有轉(zhuǎn)錄因子活性，其突變導(dǎo)致赤霉素（GA）合成水平降低，而使細(xì)胞伸長受阻。這一研究發(fā)現(xiàn)揭示了赤霉素合成調(diào)節(jié)的新模式，為馬達(dá)蛋白在動植物細(xì)胞生長和細(xì)胞分裂中的功能研究開辟了新的途徑。GDD1基因在分子育種中具有潛在的應(yīng)用前景。