研究揭示PID基因控制水稻柱头发育（图）

近日，Plant Physiology 在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室赵云德课题组题为“PINOID is required for formation of the stigma and style in rice” 的研究论文。该研究发现水稻中PID基因直接控制水稻柱头和花柱的有无。值得一提的是，Plant Physiology同期还背靠背发表了扬州大学于恒秀教授及中国科学院遗传与发育生物学研究所程祝宽研究员团队合作的题为“OsPINOID Regulates Stigma and Ovule Initiation through Maintenance of the Floral Meristem by Auxin Signaling ”研究论文，两篇文章结论一致，互为佐证。

该研究通过反向遗传筛选发现OsPID基因突变之后水稻的柱头发育出现了严重的缺陷。其中OsPID-1突变体是一个表型比较强的突变体，主要表现出柱头完全退化的性状，完全不能结实。OsPID-2为弱等位突变体，该突变体的柱头会发生退化，其上的毛刷状结构会变得稀疏，但是该突变体可以保持30%左右的结实率。随后作者通过遗传互补试验成功地回补了OsPID-1的突变表型。但是在互补的植株中，作者发现当OsPID的表达量升高后柱头的数目反而会增加，如此推测OsPID可以正调控水稻柱头的发育。因此我们直接将OsPID在水稻中进行了组成型表达，结果显示OsPID的组成型表达植株中，有较多的小花出现了柱头增多的性状。由此说明OsPID可以正向调节柱头的数目。

但是OsPID基因在水稻中突变后的表型与拟南芥和玉米有较大不同，拟南芥的PID突变体中柱头的发育并不受影响。玉米中的PID（BIF2）突变之后表现出很强的“pin”的表型，但是并没有发现比较明显的柱头发育缺陷。研究人员推测水稻中PID基因突变之后没有出现“pin”的表型可能是因为PID基因家族的功能冗余或者PID与其它生长素相关基因之间的功能冗余导致的。据此，作者分别构建了ospid/ospidb以及ospid/osnpy的双突变体，发现ospidb不能加强ospid在小花结构上的缺陷，同时双突变体的穗分支并没有出现明显的减少，但是在ospid突变体背景中引入osnpy突变则导致水稻的花序发育出现严重缺陷，表现出不长小花的光杆穗子。表明ospid与osnpy存在遗传上的互作共同调控水稻穗的发育。

加州大学圣地亚哥分校赵云德教授为本文通讯作者，第一作者为华中农业大学和玉兵博士。华中农业大学熊立仲教授、王荣臣教授、中国科学院植物研究所刘春明教授、香港中文大学姜里文教授对研究进行了相关的指导和帮助。本研究得到国家转基因专项、华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室的资助。