2024年10月9日,，《植物細(xì)胞（The Plant Cell）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）汪泉課題組的研究論文,，題為“OsKANADI1 and OsYABBY5 regulate rice plant height by targeting GIBERELLIN 2-OXIDASE6”，該研究揭示了一個(gè)由OsKAN1,、OsYAB5和OsGA2ox6組成的全新調(diào)控模塊調(diào)控水稻株高的分子機(jī)制,。

水稻是全球重要的糧食作物,，株高是影響其株型的重要農(nóng)藝性狀之一。自“綠色革命”以來,，通過對(duì)植物激素赤霉素的研究,，科學(xué)家們成功培育出具有半矮稈性狀的高產(chǎn)水稻，大幅提升了糧食產(chǎn)量,。此外,，矮稈和半矮稈是水稻抗倒伏和高產(chǎn)育種的關(guān)鍵指標(biāo)。因此挖掘水稻節(jié)間伸長的相關(guān)基因,，解析其影響節(jié)間伸長的分子機(jī)制,，探究其與赤霉素調(diào)控通路的關(guān)系，對(duì)提高水稻產(chǎn)量具有重要意義,。

本研究發(fā)現(xiàn)OsKANADI1（OsKAN1）基因形成了一個(gè)與YABBY基因和GA代謝基因共同調(diào)控水稻株高的調(diào)控中心,。研究團(tuán)隊(duì)首先在一個(gè)天然水稻突變系（oskan1）中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)矮稈突變體，并將該突變定位到OsKAN1基因位點(diǎn),。OsKAN1是一個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子,，此前曾被揭示在水稻葉片、穎殼發(fā)育中發(fā)揮作用,，但尚未有該基因與株高相關(guān)的報(bào)道,。通過研究其等位基因以及構(gòu)建OsKAN1的CRISPR敲除系植株，確認(rèn)了OsKAN1突變導(dǎo)致株高降低,。而外部施加活性赤霉素可以恢復(fù)這些oskan1突變體的半矮稈表型,，這表明OsKAN1與GA通路有關(guān),。此外，OsKAN1在節(jié)間組織中高表達(dá),，并且在轉(zhuǎn)基因OsKAN1過表達(dá)（OsKAN1ox）植株中,，活性GA水平升高，植株高度增加,。

為挖掘OsKAN1與GA的作用機(jī)制,，通過酵母雙雜交篩選，鑒定出OsYABBY5（OsYAB5）可能是OsKAN1的互作蛋白,。后續(xù)利用BiFC,，Pull-down，CoIP等驗(yàn)證了OsKAN1和OsYAB5在體內(nèi)外的相互作用,。RNA-seq結(jié)果顯示,，OsKAN1ox過表達(dá)植株中OsYAB5的表達(dá)水平降低，表明OsKAN1可能還參與OsYAB5的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,。通過熒光素酶（LUC）測(cè)定,、EMSA、ChIP-qPCR等實(shí)驗(yàn)證明OsKAN1可以直接結(jié)合OsYAB5的啟動(dòng)子并抑制其表達(dá),，并且OsKAN1-OsYAB5相互作用形成的功能型復(fù)合物能解除OsKAN1對(duì)OsYAB5的抑制,。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OsYAB5也參與調(diào)控水稻株高,。通過構(gòu)建OsYAB5過表達(dá)及基因敲除株系發(fā)現(xiàn),，過表達(dá)OsYAB5（OsYAB5ox）導(dǎo)致活性GA水平降低，植株表現(xiàn)為半矮稈表型,，而OsYAB5的CRISPR敲除突變體則表現(xiàn)出相反的表型,。與oskan1突變體相似，外源施加GA也能恢復(fù)OsYAB5ox的矮稈表型,。OsYAB5ox植株的轉(zhuǎn)錄組分析表明,，GA合成基因大多沒有受到影響，然而,，GA代謝基因,，特別是OsGA2ox6的表達(dá)水平顯著上調(diào)。進(jìn)一步研究表明OsYAB5能夠結(jié)合OsGA2ox6啟動(dòng)子并誘導(dǎo)其表達(dá),，有趣的是,，OsKAN1-OsYAB5復(fù)合物也能抑制OsYAB5對(duì)OsGA2ox6的轉(zhuǎn)錄激活作用。

為了進(jìn)一步揭示OsKAN1與OsYAB5的功能,，構(gòu)建了由OsKAN1啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的OsYAB5異位表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系,。與對(duì)照相比， proOsKAN1::OsYAB5植株表現(xiàn)為株高增加,。但在oskan1突變體中,，proOsKAN1::OsYAB5異位表達(dá)植株表現(xiàn)為極度矮化,。這進(jìn)一步表明了OsKAN1-OsYAB5復(fù)合物對(duì)株高的重要性。

本研究的結(jié)果闡明了OsKAN1,、OsYAB5和OsGA2ox6的調(diào)控模塊,，通過轉(zhuǎn)錄和蛋白水平調(diào)節(jié)水稻株高。OsKAN1和OsYAB5在節(jié)和節(jié)間中的相互作用調(diào)控了生物活性GAs的空間分布,，從而影響水稻莖的生長動(dòng)態(tài)OsKAN1-OsYAB5-OsGA2ox6調(diào)控通路的揭示有助于理解水稻莖伸長的分子基礎(chǔ),，并為具有理想高度的水稻育種提供了潛在資源。

OsKAN1-OsYAB5-OsGA2ox6在節(jié)與節(jié)間的相互作用和調(diào)控關(guān)系圖示

《植物細(xì)胞（The Plant Cell）》雜志IN BRIEF欄目以“Small but mighty: OsKANADI1 and OsYABBY5 regulate plant stature by tuning GA metabolism in rice.（小而強(qiáng)大：OsKANADI1和OsYABBY5通過調(diào)節(jié)赤霉素代謝調(diào)控水稻株高）” 為題,，對(duì)該研究成果進(jìn)行了點(diǎn)評(píng),。

基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）博士后何奇、吳昊（現(xiàn)為西南大學(xué)生科院副教授）,、宜春市科學(xué)院曾龍軍助理研究員為論文的共同第一作者,，基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）汪泉研究員和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)熊國勝教授為該論文的共同通訊作者，西南大學(xué)張勇教授及其團(tuán)隊(duì)為該研究提供了技術(shù)幫助,。該研究得到了國家自然科學(xué)基金,、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、中國博士后科學(xué)基金,、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金以及廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae276

文獻(xiàn)來源：

Qi He, Hao Wu, Longjun Zeng, Caiyun Yin, Li Wang, Yiqing Tan, Wanqing Lv, Zhiqiang Liao, Xuelian Zheng, Shuting Zhang, Qinqin Han, Danning Wang, Yong Zhang, Guosheng Xiong, Quan Wang, OsKANADI1 and OsYABBY5 regulate rice plant height by targetingGIBERELLIN 2-OXIDASE6,The Plant Cell, 2024;, koae276,https://doi.org/10.1093/plcell/koae276

Christian Damian Lorenzo, Small but mighty:OsKANADI1andOsYABBY5regulate plant stature by tuning GA metabolism in rice,The Plant Cell, 2024;, koae274,https://doi.org/10.1093/plcell/koae274