來自中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、國家雜交水稻工程技術(shù)研究中心等處的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以提高水稻產(chǎn)量的新基因，其有望將其應(yīng)用于培育新的水稻品種。這一研究成果發(fā)布在2月4日的《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。
中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的李傳友（Chuanyou Li）研究員和國家雜交水稻工程技術(shù)研究中心袁隆平（Longping Yuan）院士共同領(lǐng)導(dǎo)了這一研究。
水稻（Oryza sativa L.）是最重要糧食作物之一，也是世界1/2以上人口的主食。粒重、穗數(shù)和每穗粒數(shù)是決定水稻產(chǎn)量的三大要素。其中每穗粒數(shù)高度變化，對糧食產(chǎn)量有極大的影響。在幼穗發(fā)育期，花序分生組織是粒數(shù)的一個(gè)重要決定因素。近期，大量水稻研究揭示，分生組織活性降低可導(dǎo)致圓錐花序分支減少，糧食產(chǎn)量減低。相比之下，幾種數(shù)量性狀基因座(QTLs)對分生組織活力、圓錐花序分支和谷物產(chǎn)量均起促進(jìn)作用。因此，生殖分生組織的大小和活力是決定水稻糧食產(chǎn)量的一個(gè)重要的決定參數(shù)。
植物激素細(xì)胞分裂素（cytokinin ,CK）是已知控制頂端分生組織(SAM)活力的重要因子。以往的研究揭示在可提高粒數(shù)的水稻Gn1a (Grain number 1a)基因座中，包含著突變的OsCKX2基因。OsCKX2基因可編碼一種CK氧化/脫氫酶(CKX)，催化活性CKs降解。OsCKX2表達(dá)減少，可導(dǎo)致花序分生組織CK累積，提高生殖器官數(shù)量，提高產(chǎn)量。OsCKX2突變等位基因已成功用于水稻育種實(shí)踐，提高種子產(chǎn)量。
在這篇文章中研究人員報(bào)告稱，發(fā)現(xiàn)鋅指轉(zhuǎn)錄因子DST可直接調(diào)控生殖分生組織中的OsCKX2表達(dá)。DST引導(dǎo)OsCKX2表達(dá)調(diào)控了頂端分生組織中的CK累積，由此控制了生殖器官的數(shù)量。研究人員確定了DST的一個(gè)半顯性等位基因DSTreg1，可以擾亂生殖頂端分生組織中DST引導(dǎo)的OsCKX2表達(dá)調(diào)控，提高CK水平，導(dǎo)致分生組織活力增高，促進(jìn)圓錐花序分枝，由此提高粒數(shù)。
新研究揭示了生殖分生組織活力的一個(gè)獨(dú)特的調(diào)控子，并確定了一個(gè)可對水稻粒數(shù)產(chǎn)生巨大影響的等位基因DSTreg1。這些研究發(fā)現(xiàn)對于培育新的優(yōu)良品種，大大提高水稻產(chǎn)量具有重要的意義。
原文摘要：
Rice zinc finger protein DST enhances grain production through controlling Gn1a/OsCKX2 expression
The phytohormone cytokinin (CK) positively regulates the activity and function of the shoot apical meristem (SAM), which is a major parameter determining seed production. The rice (Oryza sativa L.) Gn1a/OsCKX2 (Grain number 1a/Cytokinin oxidase 2) gene, which encodes a cytokinin oxidase, has been identified as a major quantitative trait locus contributing to grain number improvement in rice breeding practice. However, the molecular mechanism of how the expression of OsCKX2 is regulated in planta remains elusive. Here, we report that the zinc finger transcription factor DROUGHT AND SALT TOLERANCE (DST) directly regulates OsCKX2 expression in the reproductive meristem. DST-directed expression of OsCKX2 regulates CK accumulation in the SAM and, therefore, controls the number of the reproductive organs. We identify that DSTreg1, a semidominant allele of the DST gene, perturbs DST-directed regulation of OsCKX2 expression and elevates CK levels in the reproductive SAM, leading to increased meristem activity, enhanced panicle branching, and a consequent increase of grain number. Importantly, the DSTreg1 allele provides an approach to pyramid the Gn1a-dependent and Gn1a-independent effects on grain production. Our study reveals that, as a unique regulator of reproductive meristem activity, DST may be explored to facilitate the genetic enhancement of grain production in rice and other small grain cereals.
