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中国在控制水稻分蘖研究中取得突破性进展

近日，中国农业科学院作物科学研究所万建民教授课题组在控制植物分枝(蘖)的新激素信号转导研究中取得开创性进展，首次在遗传和生化层面证实了D53蛋白作为独脚金内酯信号途径的抑制子参与调控植物分枝(蘖)的生长发育。该项成果于12月11日在线发表在国际学术顶级刊物《自然(Nature)》杂志上，是迄今为止我国在植物学领域中少有的几篇NatureArticle之一。

该项研究是与南京农业大学作物遗传与种质改良国家重点实验室全面合作完成，后期工作还与美国华盛顿大学、北京国家植物基因研究中心、日本东京大学等单位合作完成。该项研究工作得到了科技部的大力支持，获得十二五国家863计划水稻分子设计育种技术与品种创制课题(编号：2012AA101101)、水稻株型和粒型的功能基因组研究课题(编号：2012AA10A301)资助。

杂交稻的推广应用被誉为第二次绿色革命，籼粳亚种间强大杂种优势的有效利用，可实现水稻单产的再次飞跃。但是，籼粳交杂种普遍存在株高超亲等问题，使得籼粳亚种间杂种优势的利用受到了极大的限制。利用部分显性矮杆基因可有效解决籼粳杂种的株高偏高问题。此外，水稻的分蘖和株高被认为是水稻株型的重要组成部分，同时也是杂种产量形成的决定因素。2008年，法国和日本的两个研究小组的科研人员同时发现了调控植物分枝的第三种激素独脚金内酯(Strigolactone)，突破了植物茎分枝由生长素和细胞分裂素这两种激素调控的传统观念。大量研究结果表明独脚金内酯的合成很可能源于类胡萝卜素途径，但对其信号传导途径的机理还知之甚少。万建民课题组利用一个部分显性水稻矮化多分蘖突变体(该突变体由日本九州大学惠赠，命名为dwarf53(d53))进行外源激素处理和内源激素测定表明，d53是一个独脚金内酯不敏感突变体。通过精细定位和图位克隆，他们获得了位于水稻第11号染色体短臂末端的DWARF53(D53)基因，该基因编码一个新的在结构上与I类ClpATPase类似的核蛋白。后续的功能分析发现，在独脚金内酯存在的条件下D53蛋白可与两个已知的独脚金内酯信号分子D14、D3互作形成D53–D14–SCFD3蛋白复合体，进而使得泛素化的D53蛋白特异地被蛋白酶体系统降解，从而诱导下游目标基因的表达以及独脚金内酯信号的响应。

水稻D53蛋白作为独脚金内酯信号途径的抑制子参与调控分蘖的生长发育的研究成果，不仅为农作物的株型改良提供重要的理论基础，同时也为水稻籼粳交杂种优势利用提供了有价值的基因和育种材料，并进一步为籼粳交杂种优势在生产上的有效利用提供更广泛的应用前景。

与此同时，中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士课题组相关科研人员利用他们自己发现的水稻矮化多分蘖突变体e9也独立完成相关实验并得到了与本研究相似的结论。相关论文以Article的形式发表在同一期的《Nature》杂志上。

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