水稻研究团队在控制水稻分蘖的新激素信号转导研究中取得突破性进展

国家重点实验室水稻研究团队科研人员在控制分蘖的新激素信号转导研究中取得突破性进展，12月11日在线出版的国际顶级杂志《Nature》以Article Research形式刊登了题为“D14–SCFD3-dependent degradation of D53 regulates strigolactone signaling” (doi:10.1038/nature12878) 的相关研究成果。该研究结果首次在遗传和生化层面上证实了D53蛋白作为独脚金内酯信号途径的抑制子参与调控植物分枝（蘖）的生长发育，是我校在Nature上发表的第一篇研究文章（Article Research），也是迄今中国植物学领域中少有的几篇Nature Article Research文章。该论文以南京农业大学为第一署名单位，农学院2008级博士研究生周峰为论文第一作者，万建民教授为通讯作者。

杂交稻的推广应用被誉为第二次绿色革命，但研究表明普通籼型杂交稻单产潜力的进一步提高难度较大。籼粳亚种间强大杂种优势的有效利用，可实现水稻单产的再次飞跃。但是，籼粳交杂种普遍存在株高超亲等问题，使得籼粳亚种间杂种优势的利用受到了极大的限制。利用部分显性矮杆基因可有效解决籼粳杂种的株高偏高问题。另外，水稻分蘖（枝）和株高被认为是水稻株型的重要组成部分，同时也是杂种产量形成的决定因素，为此该课题组从水稻分蘖、部分显性矮杆、理想株型等角度开展了探索性研究。

前人研究表明，内源激素对植物分枝（蘖）的生长发育起着至关重要的调控作用。2008年，两个小组的科研人员同时发现了调控植物分枝的第三种激素——独脚金内酯（Strigolactone），突破了植物茎分枝由生长素和细胞分裂素这两种激素调控的传统观念。大量研究表明独脚金内酯的合成很可能源于类胡萝卜素途径，但对其信号途径的研究知之甚少。

水稻研究团队利用一个部分显性水稻矮化多分蘖突变体（该突变体由日本九州大学惠赠），命名为dwarf 53 (d53)，进行外源激素处理和内源激素测定表明，d53是一个独脚金内酯不敏感突变体。通过精细定位和图位克隆，他们获得了位于水稻第11号染色体短臂末端的D53基因，该基因编码一个新的在结构上与I类Clp ATPase类似的核蛋白。后续的功能分析发现，在独脚金内酯存在的条件下D53蛋白可与两个已知的独脚金内酯信号分子D14、D3互作，形成D53–D14–SCFD3蛋白复合体，D53蛋白被泛素化，进而特异地被蛋白酶体系统降解，从而诱导下游目标基因的表达以及独脚金内酯信号的响应。

该研究结果是国家重点实验室水稻研究团队继2012年在《Nature Communications》上报道TE蛋白调控水稻分蘖形成机理后，在阐述植物分枝（蘖）形成机制领域的又一重大进展，不仅为水稻株型改良提供了重要的理论基础，而且为水稻籼粳交杂种优势利用提供了有用的基因和材料。

该项研究是与中国农业科学院作物科学研究所全面合作完成，后期工作还与美国华盛顿大学、北京国家植物基因研究中心、日本东京大学等单位合作完成，得到国家转基因重大专项、国家“863”计划、国家自然科学基金以及江苏省“333”人才项目等项目的资助。