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科技日報(bào)記者 馬愛平 通訊員 崔艷
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所作物高光效功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)控制水稻碳3、碳4小脈發(fā)育新機(jī)制，為在碳3水稻中有效組裝碳4解剖學(xué)結(jié)構(gòu)提供新的基因資源和理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《植物細(xì)胞》（The Plant Cell）上。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所博士生劉啟明、已畢業(yè)滕守振博士和鄧晨博士為該論文共同第一作者，路鐵剛研究員、孫學(xué)輝副研究員和Thomas P. Brutnell教授為該論文的共同通訊作者。
玉米、高粱等碳4作物葉片具有“花環(huán)結(jié)構(gòu)”和生化途徑，其光合效率、生物量、糧食產(chǎn)量、水分和氮素利用效率顯著高于水稻、小麥等碳3作物。小脈是“花環(huán)結(jié)構(gòu)”的組織中心，小脈變密和葉肉細(xì)胞、維管束鞘細(xì)胞的特殊排列模式是碳3植物向碳4植物進(jìn)化的第一個關(guān)鍵步驟。多年來科學(xué)家一直試圖揭示這個特殊結(jié)構(gòu)形成的分子機(jī)制，但由于調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，進(jìn)展較為緩慢。
SHR/IDD/PIN模塊調(diào)控碳3和碳4小脈發(fā)育圖。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所供圖
研究發(fā)現(xiàn)，水稻中轉(zhuǎn)錄因子OsSHR1/2與OsIDD12/13形成復(fù)合體，并結(jié)合到基因OsPIN5c上，形成SHR-IDD-PIN分子模塊開關(guān)調(diào)控基因OsPIN5c的表達(dá)，影響水稻葉脈生長素的分配，從而控制小脈密度和葉肉細(xì)胞、維管束鞘細(xì)胞的特殊排列模式，在水稻中創(chuàng)制類似碳4的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。該研究為碳4水稻創(chuàng)制進(jìn)程邁出關(guān)鍵一步。
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