調(diào)控|“植物胰島素”是怎樣為水稻“控糖”的？水稻|胰島素|基因|研究|磷酸

新京報(bào)訊（采訪人員周懷宗）植物中也有“胰島素” ，它又是怎樣調(diào)控植物生長(zhǎng)的？近日，采訪人員從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院中國(guó)水稻研究所水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張健團(tuán)隊(duì)與胡培松院士團(tuán)隊(duì)合作，首次揭示了“植物胰島素”6-磷酸-海藻糖調(diào)控水稻碳源分配與籽粒產(chǎn)量的機(jī)制，文章在線發(fā)表于《分子植物（Molecular Plant）》上。

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OsNAC23-Tre6P-SnRK1a回路調(diào)控水稻碳源分配與籽粒產(chǎn)量的機(jī)制。中國(guó)農(nóng)科院供圖
【調(diào)控|“植物胰島素”是怎樣為水稻“控糖”的？】糖是能量和細(xì)胞碳骨架的供體，也是調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育的重要信號(hào)分子。近年來(lái) ，植物中的6-磷酸-海藻糖（Tre6P）被發(fā)現(xiàn)具有類似胰島素的功能，可通過(guò)促進(jìn)源-庫(kù)轉(zhuǎn)運(yùn)等形式反饋調(diào)節(jié)糖水平，維持糖穩(wěn)態(tài) 。 6-磷酸-海藻糖廣泛參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育與逆境響應(yīng)等生理過(guò)程，并表現(xiàn)出極大的改良作物產(chǎn)量的潛力。
研究發(fā)現(xiàn) ，在玉米中，異源表達(dá)水稻6-磷酸-海藻糖磷酸酶基因OsTPP1 ，可直接提升9%-49%的產(chǎn)量。直接噴施可吸收的6-磷酸-海藻糖前體，亦可使小麥增產(chǎn)20% 。然而， 6-磷酸-海藻糖水平如何響應(yīng)高度動(dòng)態(tài)的糖水平，以維持糖穩(wěn)態(tài) ，如何與其他能量調(diào)控因子互作協(xié)調(diào)碳源分配等，這些核心科學(xué)問(wèn)題仍有待闡明。
為此，研究團(tuán)隊(duì)在水稻中鑒定了一個(gè)糖誘導(dǎo)表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子OsNAC23 。 OsNAC23可直接抑制6-磷酸-海藻糖中磷酸酶基因OsTPP1的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)6-磷酸-海藻糖的累積。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ，與野生型相比， OsNAC23超表達(dá)植株的源器官中6-磷酸-海藻糖含量上升，這可以促進(jìn)光合速率、碳源的源-庫(kù)轉(zhuǎn)運(yùn)以及穗、種子等庫(kù)器官發(fā)育，大幅提升植株單株產(chǎn)量。
進(jìn)一步研究顯示，水稻能量饑餓感受器SnRK1a與OsNAC23相互拮抗。 SnRK1a磷酸化OsNAC23并促進(jìn)其蛋白降解，而OsNAC23則間接抑制SnRK1a的轉(zhuǎn)錄。 OsNAC23-Tre6P-SnRK1a三者之間，形成了一條正向調(diào)節(jié)回路，以此來(lái)維持水稻碳源分配和籽粒產(chǎn)量。
該研究團(tuán)隊(duì)在主栽品種南粳46等三個(gè)背景中過(guò)量表達(dá)OsNAC23基因。多年多地的區(qū)試結(jié)果表明，相較于野生型，其在生長(zhǎng)后期表現(xiàn)出典型的青桿黃熟的高產(chǎn)性狀，有效穗數(shù)和千粒重顯著增加，產(chǎn)量提升8.7%-16.1% ，為利用6-磷酸-海藻糖相關(guān)基因改良作物產(chǎn)量提供了優(yōu)異的基因資源和應(yīng)用示范。
該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
新京報(bào)采訪人員周懷宗
編輯唐崢校對(duì) 陳荻雁

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