近期，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所農(nóng)作物基因資源與基因改良國家重大科學工程“特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用創(chuàng)新團隊”和“作物功能基因組研究創(chuàng)新團隊”聯(lián)合中國科學院遺傳發(fā)育所農(nóng)業(yè)資源研究中心，闡釋了谷子的 DPY1 作為油菜素內(nèi)酯信號的“剎車”基因調(diào)控葉片披垂與直立的分子機制，為禾本科作物株型研究提供了新思路。8月18日，相關(guān)研究成果在《美國科學院院刊（PNAS）》在線發(fā)表。

 

      據(jù)刁現(xiàn)民介紹，葉片是植物光合作用和有機物合成的主要器官，與葉片形態(tài)建成相關(guān)的株型直接影響作物的種植密度及產(chǎn)量。作物育種過程中追求葉型直立緊湊，從而有利于密植條件下的光能有效利用。葉片的緊湊指的是葉片和莖的夾角小，直立指的是葉片不下垂。油菜素內(nèi)酯信號可以調(diào)節(jié)細胞伸長和分裂，其調(diào)控葉片和莖夾角的研究已有較多報道，但對其影響葉片直立與下垂遺傳基礎(chǔ)的研究仍欠缺，制約了禾谷類作物株型改良的效率和水平。

 

      研究人員利用谷子葉片嚴重披垂的突變體 dpy1 ，克隆了控制谷子葉片披垂的基因 DPY1 ，該基因編碼的DPY1蛋白激酶可以與油菜素內(nèi)酯共受體通過胞內(nèi)的激酶結(jié)構(gòu)互作，并競爭性地抑制油菜素內(nèi)酯受體與共受體間的互作水平，從而抑制早期油菜素內(nèi)酯信號的過度激活。 DPY1 作為“剎車”基因，通過以上過程促進細胞伸長和分裂，提高葉片的支撐力，從而使葉片趨向直立，且這種機制在玉米、水稻等禾本科作物中是保守和共享的。該研究揭示了禾谷類作物葉片堅實度的遺傳學基礎(chǔ)及其調(diào)控機制，為作物株型改良提供了新的基因資源及研究思路。同時，谷子及其野生種青狗尾草由于基因組小、高效轉(zhuǎn)化、生育期短，且易于實驗室培養(yǎng)操作，正在快速發(fā)展成為禾本科黍亞科和C4光合作用的模式植物。本研究必將促進谷子模式植物體系的發(fā)展，也鞏固了我國在谷子基礎(chǔ)研究中的國際領(lǐng)先地位。

 

      作科所已畢業(yè)博士生趙美丞、作科所湯沙副研究員、張皓珊博士為本論文共同第一作者，作科所刁現(xiàn)民研究員等及河北師范大學劉西崗教授為共同通訊作者。該研究得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、河北省自然科學基金的資助。