落粒性（seed shattering）是水稻的重要生物學(xué)性狀之一，直接影響著水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。落粒性的喪失也是野生稻向普通栽培稻過渡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水稻的落粒性與離層（abscission layer, AL）的形成有關(guān)；易落粒的水稻品種具有從表皮到接近維管束發(fā)育完全的離層，而難落粒品種沒有離層或具有難降解的離層。一般來說，野生稻極易落粒，秈稻較易落粒，粳稻難落粒。在正常收獲時(shí)，秈稻品種及部分較易落粒的粳稻品種，會(huì)因落粒造成產(chǎn)量損失；若在生育期或成熟期遭遇大風(fēng)等惡劣天氣，造成的產(chǎn)量損失更是無(wú)法彌補(bǔ)。因此，解析水稻籽粒脫落的分子機(jī)制，對(duì)于培育或改造具有適度落粒性的水稻品種，降低因落粒造成的產(chǎn)量損失及提高收獲效率具有重要的意義。水稻的落粒性是由多基因控制或由少數(shù)主效基因和多個(gè)微效基因共同控制的數(shù)量性狀。

赤霉素被廣泛認(rèn)為是引起“綠色革命”的激素。自20世紀(jì)60年代以來，半矮稈水稻品種的成功選育顯著提高了水稻產(chǎn)量。赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)中的負(fù)反饋調(diào)節(jié)因子SLR1（SLENDER RICE 1）編碼DELLA蛋白，SLR1能與不同的轉(zhuǎn)錄因子相互作用，在赤霉素存在的情況下，SLR1蛋白被降解，從而使赤霉素響應(yīng)信號(hào)正常傳導(dǎo)。赤霉素在水稻的生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮了重要的作用，但對(duì)赤霉素是否參與調(diào)節(jié)種子落粒性的研究尚未有相關(guān)報(bào)道。

近日，基因組所汪泉團(tuán)隊(duì)在《植物細(xì)胞（The Plant Cell）》上在線發(fā)表了題為“Gibberellin signaling regulates lignin biosynthesis to modulate rice seed shattering”的研究論文。文章揭示了赤霉素信號(hào)通過調(diào)節(jié)離層區(qū)木質(zhì)素含量影響籽粒脫落的新機(jī)制。

在本研究中，通過全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素信號(hào)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)因子SLR1參與了種子落粒性的調(diào)節(jié)。同時(shí)通過分析赤霉素合成（SD1、D18），分解（EUI1）與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（SLR1）基因的突變體拉力大小，并利用離層特異性表達(dá)基因SHAT1的啟動(dòng)子特異表達(dá)proSHAT1: D18-GFP和proSHAT1: GA2ox1-GFP的轉(zhuǎn)基因系中進(jìn)行籽粒拉力測(cè)定，發(fā)現(xiàn)離層區(qū)赤霉素含量的增加或赤霉素信號(hào)的增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致水稻落粒性更強(qiáng)（拉力更小），反之則較難落粒。RNA-seq和RT-qPCR數(shù)據(jù)顯示，離層區(qū)木質(zhì)素的含量會(huì)影響水稻落粒性。進(jìn)一步研究表明SLR1可以與水稻落粒基因qSH1、OSH15和SNB相互作用。并且這三個(gè)基因作為轉(zhuǎn)錄抑制因子能結(jié)合在木質(zhì)素合成基因4CL3的啟動(dòng)子上，而SLR1與qSH1、OSH15和SNB的相互作用可以解除這三個(gè)基因?qū)?CL3的抑制，增加離層區(qū)木質(zhì)素的沉積，從而提高了斷裂抗拉強(qiáng)度，降低了落粒程度。

基因組研究所博士后吳昊和何奇為論文的共同第一作者，汪泉研究員為論文通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研究發(fā)展計(jì)劃、深圳市科創(chuàng)委科技計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad244