科學(xué)家通過大規(guī)模誘變 篩選到大粒顯性突變體并克隆突變體基因

從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)其他科研機(jī)構(gòu)合作，鑒定到一個(gè)細(xì)胞分裂素信號新組分PPKL1，發(fā)現(xiàn)其可通過引誘但不接納細(xì)胞分裂素磷酸轉(zhuǎn)移蛋白AHP2上的磷酸基團(tuán)，干擾信號傳遞效率，從而抑制水稻籽粒大小。團(tuán)隊(duì)據(jù)此建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《分子植物》上。

團(tuán)隊(duì)成員、中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員童紅寧介紹，植物中經(jīng)典的細(xì)胞分裂素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴于組氨酸受體激酶、組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白以及細(xì)胞分裂素響應(yīng)因子RR之間磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移，然而對這一磷酸中繼過程調(diào)控的分子機(jī)制，學(xué)界仍知之甚少。另一方面，在水稻中，細(xì)胞分裂素可以顯著調(diào)控穗粒數(shù)，而對粒重或籽粒大小的調(diào)控功能學(xué)界也不清楚。

團(tuán)隊(duì)通過大規(guī)模誘變，篩選到一個(gè)大粒顯性突變體并克隆了突變體基因PPKL1。與RR蛋白類似，PPKL1可與AHP2蛋白直接互作，并通過模仿RR蛋白功能區(qū)與其競爭AHP2的磷酸基團(tuán)，導(dǎo)致磷酸中繼效率大幅降低。當(dāng)此功能區(qū)位點(diǎn)突變后則喪失了對信號傳遞的影響，籽粒顯著增大。他們以優(yōu)質(zhì)水稻品種空育131為材料，針對其該功能區(qū)進(jìn)行基因編輯，獲得多個(gè)可不同程度增大籽粒的基因型，部分可顯著增產(chǎn)。

團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)制了千粒重從20克到38克漸次分布的水稻材料，從而建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該研究發(fā)現(xiàn)，PPKL家族蛋白對細(xì)胞分裂素信號的抑制作用可能是一個(gè)古老的功能，其功能位點(diǎn)隱藏在甾醇類激素油菜素內(nèi)酯信號組分中，發(fā)掘并利用這一基因，對作物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)改良具有重大應(yīng)用價(jià)值。(瞿劍)

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 大規(guī)模 誘變 大粒顯性突變體 變體基因