北京新浪網 (2022-02-10 06:44)
科技日報杭州2月9日電 (洪恆飛 陳鎏琰 記者江耘)記者9日從中國水稻研究所獲悉，該所張健研究員團隊與胡培松院士團隊經合作，首次揭示了「植物胰島素」6-磷酸-海藻糖(Tre6P)調控水稻碳源分配與籽粒產量的機制，為作物高產遺傳改良提供了新思路。相關研究成果近日發表於《分子植物(Molecular Plant)》雜誌。
在高血糖情況下，脊椎動物主要通過分泌胰島素，刺激血糖消耗和糖原合成來維持血糖穩態，保證生理功能的正常運行。近年來，植物中的Tre6P被發現具有類似胰島素的功能。Tre6P還可通過促進源—庫轉運等形式反饋調節糖水平。作為維持糖穩態的核心激素，Tre6P廣泛參與了調控植物的生長髮育與逆境響應等生理過程。然而，Tre6P具體如何維持糖穩態、與其他能量調控因子互作協調碳源的源—庫分配以及如何利用Tre6P相關基因改良作物的產量等核心問題仍有待闡明。
「尤為重要的是，Tre6P具有極大地改良作物產量的潛力。」張健介紹，已有研究表明，在玉米中異源表達水稻Tre6P磷酸酶基因OsTPP1可提升9%—49%的產量；直接噴施可吸收的Tre6P前體亦可使小麥增產20%。
研究團隊在水稻中鑒定了一個調控Tre6P積累的糖誘導表達轉錄因子基因OsNAC23。OsNAC23可直接結合在Tre6P磷酸酶基因OsTPP1的啟動子區域，抑制OsTPP1的轉錄，促進Tre6P的累積。已有研究表明，Tre6P可直接結合植物能量飢餓感受器SnRK1並抑制其酶活。該研究進一步顯示，OsNAC23-Tre6P-SnRK1a三者形成一條正向調節迴路來維持水稻碳源分配和籽粒產量。
研究團隊在日本晴、南粳46和中水01三個水稻品種的實驗過程中過量表達OsNAC23基因，顯著地提高了植株Tre6P含量。多年多地的田間產量區試結果表明，相較於野生型，轉基因植株在生長後期表現出典型的青稈黃熟的高產性狀，有效穗數和千粒重顯著增加，產量提升8.7%—16.1%，為利用「植物胰島素」Tre6P相關基因改良作物的產量提供了優異的基因資源和應用示範。
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