研究揭示细胞分裂素信号介导的水稻穗型调控机制

中国农业科学院作物科学研究所作物功能基因组研究创新团队发现了水稻细胞分裂素受体调控水稻穗型的分子机制，提出了细胞分裂素受体介导的正反馈调控模型，为水稻穗型改良提供了新的理论基础。相关研究成果发表在《植物细胞（The Plant Cell）》上。

细胞分裂素是调控植物生长发育的重要激素之一，对水稻穗型改良和产量提高具有重要作用。当前，相关研究主要集中在细胞分裂素的稳态方面，已鉴定到的众多水稻穗发育相关基因主要通过调控细胞分裂素合成和代谢基因来调节细胞分裂素的含量，进而影响穗型结构。然而，关于细胞分裂素信号的研究则较少，在水稻中细胞分裂素信号究竟如何影响水稻穗发育，其下游有哪些基因仍不清楚。

该研究从淮稻5号的辐射突变体库中筛选到一个短穗突变体，该突变体穗子变短，一级枝梗数、二级枝梗数和穗粒数均降低。与野生型相比，该突变体的顶端分生组织变小，进入生殖生长期后，枝梗原基数也减少。研究发现，控制该性状的候选基因编码细胞分裂素受体OHK4，在突变体中，OHK4发生了两个氨基酸的缺失，使其不能二聚化，导致其对细胞分裂素的结合能力降低。进一步研究发现，转录因子OsRR21在突变中对细胞分裂素的磷酸化响应减弱，并且已报道的穗型调控基因IPA1能够被OsRR21转录激活调控。另外还发现，转录因子IPA1能够激活OHK4的表达。以上研究表明，OHK4-OsRR21-IPA1在水稻穗发育中形成一个正反馈调控环，这一结果阐明了细胞分裂素信号调控水稻穗型的重要机制，为水稻穗型改良提供了新的理论基础和基因资源。

作科所博士后淳雁、副研究员房静静、俄罗斯科学院叶卡捷琳娜·萨维利耶娃博士和谢尔盖·洛博士为该论文的共同第一作者。作科所李学勇研究员和俄罗斯科学院乔治·罗曼洛夫教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、山东省农业良种工程、中国博士后科学基金和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。