近日,，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心,，以下簡稱基因組所）聯(lián)合中國水稻研究所在《植物學報（Journal of Integrative Plant Biology）》上在線發(fā)表了題為“BTA2 regulates tiller angle and the shoot gravity response through controlling auxin content and distribution in rice”的研究論文,，該研究基于超級泛基因組挖掘到水稻適宜密植基因BTA2,，并揭示了其對水稻分蘗角度調(diào)控的新機制，過表達該基因可以在適度密植下增加產(chǎn)量,。

中國水稻育種經(jīng)歷了三次革命,，超級稻被譽為水稻的“第三次革命”。中國超級稻的成功得益于采用了理想株型塑造與雜種優(yōu)勢利用相結(jié)合的育種路線,。分蘗角度作為水稻株型形態(tài)建成的關鍵決定因子,，直接影響水稻的種植密度、群體光合效率和單位面積產(chǎn)量,。水稻分蘗角度是受多基因控制的復雜農(nóng)藝性狀,。目前克隆的分蘗角度基因還很少，調(diào)控網(wǎng)絡尚不完善,。

重力控制著植物的生長方向,，植物的向重力性包括重力感知、信號轉(zhuǎn)導,、生長素不對稱分布和彎曲生長4個步驟,。經(jīng)典的“生長素不對稱分布”假說認為植物器官的彎曲生長是由于生長素不對稱分布造成的,。已有研究表明,，莖基部的生長素含量和不對稱分布調(diào)控水稻地上部重力反應和分蘗角度，但其涉及的分子機制仍未明晰,。

團隊通過正向遺傳學方法篩選到一個水稻分蘗角度顯著增大的突變體,，進一步利用圖位克隆、CRISPR/Cas9基因敲除,、遺傳互補和基因過表達等實驗發(fā)現(xiàn),，BTA2的功能缺失引起水稻莖基部生長素含量顯著下降及其不對稱分布受損，進而減弱了地上部的向重力性（圖1）,，從而導致突變體的分蘗角度明顯增加,。作者通過酵母雙雜交、BiFC,、Pull-down和Co-IP等實驗證明生長素響應因子（AUXIN RESPONSE FACTOR7, ARF7）可與BTA2蛋白互作,；二者參與調(diào)控水稻地上部的向重性反應和分蘗角度。

圖1 BTA2通過微調(diào)莖基部生長素含量和不對稱分布來調(diào)節(jié)地上部重力反應

此外,，基于構建的水稻完整參考基因組（Shang et al., Molecular Plant, 2023）,、水稻核心種質(zhì)的超級泛基因組（Shang et al., Cell Research, 2022）和萬份水稻變異圖譜（Wang et al., 2023），對BTA2基因的單倍型分析發(fā)現(xiàn),，BTA2啟動子區(qū)域在水稻馴化過程中受到人工選擇,，存在兩種主要的單倍型BTA2(L)和BTA2(C),，其中單倍型BTA2(L)主要存在于秈稻，單倍型BTA2(C)主要存在于粳稻,；qRT-PCR和啟動子LUC活性分析結(jié)果表明,，單倍型BTA2(L)的表達量顯著低于單倍型BTA2(C)，導致具有BTA2(L)單倍型的秈稻品種擁有更大的分蘗角度（圖2）,。

圖2 BTA2的單倍型分析及演化

進一步研究發(fā)現(xiàn),，在秈稻黃華占背景下過表達BTA2在適度密植條件下能夠顯著提高產(chǎn)量。該研究揭示了BTA2通過生長素調(diào)控重力響應和分蘗角度的分子機制（圖3）,，為闡明水稻分蘗角度的分子調(diào)控通路和株型遺傳改良提供了理論依據(jù)和基因資源,。

圖3 BTA2調(diào)控水稻分蘗角度的工作模型

中國水稻研究所馮躍副研究員、中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所商連光研究員,、中國水稻研究所楊窯龍副研究員為論文的共同通訊作者,，中國水稻研究所已畢業(yè)聯(lián)培博士生李振、已畢業(yè)博士生葉俊華和基因組所袁巧玲為論文并列第一作者,。該研究得到了海南省自然科學基金,、國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程等項目的資助,。該工作得到了基因組所,、中國水稻研究所和崖州灣科技城超級計算平臺的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13726

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