植物所科研人员揭示水稻垩白与整精米率的新机制

  水稻籽粒发育过程中,外部颖片和内部颖果的不平衡生长通常会导致颖果产生缺口,其特征是成熟颖果腹侧有可变长度的V型裂纹。研究表明,约有6%的水稻种质材料产生V型裂纹颖果,而在大籽粒水稻种质材料中,这一比例高达16%。过量使用化肥、灌浆期温度变化异常等环境因素诱导颖果产生V型裂纹。颖果V型裂纹导致稻米垩白增加和整精米率降低,严重影响水稻产量和品质。因此,揭示稻米V型裂纹的分子细胞学机制对于水稻生产具有重要意义,然而目前对此机制尚缺乏了解。 

  中国科学院植物研究所王台研究组利用Small and notched grainSng)突变体解析了颖果V型裂纹产生的分子细胞学机制。研究发现水稻颖片细胞与颖果细胞的伸长方向是相互垂直的,而颖片细胞与器官相向伸长,颖果细胞与器官以相互垂直的方向伸长;颖片和颖果细胞在正交方向上伸长的独特布局是颖果产生V型裂纹的重要细胞学基础。结果显示Sng编码一个422位精氨酸突变为组氨酸的α-微管蛋白突变体。这个点突变影响了突变蛋白与β-微管蛋白的结合能力和杂合二聚体的形成,从而降低了微管的稳定性和微管的横向定向。这种微管动态的异常降低了颖片与颖果的细胞长度,但增加了他们的细胞宽(高)度,最终导致颖果变长和颖片变短,从而产生裂纹颖果。该研究阐明了颖果V型裂纹产生的细胞学基础,揭示了α-微管蛋白的点突变引起水稻颖果V型裂纹的分子机制,对水稻高产优质品种培育和栽培有重要意义。 

  该研究成果于824日在线发表在New Phytologist期刊上。植物所出站博士后徐臣善为论文的第一作者,王台研究员和邓祝云副研究员为共同通讯作者。清华大学黄善金教授也参与了该工作。研究得到了中国科学院先导专项和国家重点研发计划项目的资助。 

  文章链接: 

  https://doi.org/10.1111/nph.19226 

  (分子生理实验室供稿) 

SNG突变影响水稻粒型、产量和品质。a,突变体(Sng)、野生型(WT)及其F1的颖花与成熟籽粒;b~d,粒长(b)、粒宽(c)、粒厚(d)与千粒重(e);f,颖果图像,箭头显示V型裂纹;g,裂纹籽粒统计;h,垩白籽粒统计;i~j100个籽粒研磨后产生的整精米与碎米图像(i)与整精米率统计(j)。 


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