Nature子刊：四川农大发现PTB1通过控制花粉管生长来调控水稻结实
一项新研究表明，PTB1依靠控制花粉管生长来调控水稻结实率。这是由四川农业大学水稻研究所的研究人员完成。这一研究成果有望于培育水稻新品种，对于提高水稻产量具有重要意义。相关文章发表于2013年11月18日的《Nature Communications》杂志上。
Nature子刊：四川农大发现PTB1通过控制花粉管生长来调控水稻结实率
背景
随着世界人口的不断增长，人类对于谷物的需求将进一步加大。据预测到2025年，世界人口将激增到89亿，而粮食产量必须比现在增产50%以上，才能满足迅速增长的人口需求。水稻是最重要的粮食作物之一。全球约有60%的人口以大米为主食，因此增加水稻产量对世界，尤其对我国粮食安全至关重要。
影响水稻产量因素
穗粒数、结实率、穗数和粒重是决定水稻产量最重要的几个因素。在这些水稻产量构成因素中，穗数和穗粒数在生产上很容易达到预定的指标，而粒重受环境影响较小。只有结实率容易受到高温、低温、干旱、阴雨、大风不良气候等外部因素以及栽培措施不当的影响。
到目前为止，研究人员已经发现了一些与粒重、穗粒数和穗数相关的水稻基因。但尚没有有调控结实率的基因被确定功能特征。由于水稻结实率对产量的影响仅次于穗数，且提高水稻结实率可直接增加穗粒数，揭示水稻结实率的分子机制对于提高水稻产量具有重要的影响。
水稻不育性状基因发现及研究进展
2011年，四川农业大学水稻研究所通过对一份来自籼稻蜀恢202的雌性不育突变体进行大量研究,发现该不育性状受一对隐性基因控制,位于水稻第5染色体。因其表现出花粉管生长受阻,不能完成正常的受精过程,导致雌性不育,故命名为Pollen tube blocked 1(PTB1)。
今年早些时候，该研究所通过数据库分析揭示，PTB1蛋白含有RING-FINGER结构域,且属于其中的C3H2C3类型。资料表明,具有RING-FINGER结构域蛋白大多都具有E3连接酶的活性,位于调节蛋白质降解的重要系统——泛素-蛋白酶体途径中。随后，他们证实了PTB1蛋白确实也具有E3连接酶活性。
在这篇新文章中，研究人员发现PTB1通过促进花粉管的生长，正向调控了水稻的结实率。PTB1的基因表达受到启动子单体型和环境温度的影响，与水稻结实率呈显著正相关。研究结果表明，PTB1是花粉管生长和水稻结实率的一个重要的控制因子。这对于促进水稻高产稳产具有重要的意义。
作者简介：
李平，教授，博士生导师，四川农业大学水稻所所长，兼四川农业大学成都科学院副院长、四川省农业生物技术工程研究中心主任和四川农大高科农业有限责任公司董事长。国家百千万人才第一、二层次人选，四川省学术与技术带头人，四川省细胞生物学会、作物学会副理事长以及省遗传学会理事和中国农业生物技术学会作物分会理事等。先后获得四川省科技进步奖一等奖 2 项、二等奖 1 项以及国家科技进步二等奖 1 项，并被四川省委省政府授予首届“优秀创业人才”和被国家科技部授予“国家 863 计划十五周年先进个人”称号，还被四川省委组织部、人事厅和科协授予“四川省第四届青年科技奖”等。
先后主持和参加了多项国家和部省级科研项目。主持973计划、863计划、国家转基因重大专项等国家级项目10余项，四川省生物技术攻关，优质杂交稻攻关、四川省青年基金等多项省部级课题;育成通过省级技术鉴定的不育系10余个和恢复系5个。在其领导下的四川农大高科农业有限责任公司(简称“川农高科”)，自2001年组建以来，已实现销售收入近5亿多元，成为四川农业大学科技成果推广的重要载体。
李平教授领导的研究团队主要从事水稻遗传育种、水稻分子生物学及水稻生物技术方面的研究，人员包括：王世全副研究员、郑爱萍副研究员、邓其明副研究员、李双成博士、刘怀年博士、王玲霞等7名教师、2名正式的科研辅助工及多名科研辅助协议工人。该团队现招收作物遗传育种、生化与分子生物学专业博士、硕士研究生30多名研究生，已毕业近50名硕士、博士。先后发表研究论文近百篇。
原文摘要：
Natural variation in PTB1 regulates rice seed setting rate by controlling pollen tube growth
Shuangcheng Li, Wenbo Li, Bin Huang, Xuemei Cao, Xingyu Zhou, Shumei Ye, Chengbo Li,Fengyan Gao, Ting Zou, Kailong Xie, Yun Ren, Peng Ai, Yangfan Tang, Xuemei Li, Qiming Deng, Shiquan Wang, Aiping Zheng, Jun Zhu, Huainian Liu, Lingxia Wang & Ping Li
Grain number, panicle seed setting rate, panicle number and grain weight are the most important components of rice grain yield. To date, several genes related to grain weight, grain number and panicle number have been described in rice. However, no genes regulating the panicle seed setting rate have been functionally characterized. Here we show that the domestication-related POLLEN TUBE BLOCKED 1 (PTB1), a RING-type E3 ubiquitin ligase, positively regulates the rice panicle seed setting rate by promoting pollen tube growth. The natural variation in expression of PTB1 which is affected by the promoter haplotype and the environmental temperature, correlates with the rice panicle seed setting rate. Our results support the hypothesis that PTB1 is an important maternal sporophytic factor of pollen tube growth and a key modulator of the rice panicle seed setting rate. This finding has implications for the improvement of rice yield.
