新思路！6-磷酸-海藻糖調控水稻碳源分配和籽粒產量
來源： 科技日報
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2022-03-07 11:32:43
近日，中國水稻研究所水稻生物學國家重點實驗室張健團隊與胡培松院士團隊合作，在《分子植物》發表論文稱，他們首次揭示了“植物胰島素”6-磷酸-海藻糖(Tre6P)調控水稻碳源分配與籽粒產量的機制，為作物高產遺傳改良提供了新思路。
糖是能量和細胞碳骨架的供體，也是調控作物生長發育的重要信號分子。近年來，植物中的6-磷酸-海藻糖被發現具有類似胰島素的功能，可通過促進源—庫轉運等形式反饋調節糖水平，維持糖穩定。6-磷酸-海藻糖廣泛參與調控植物的生長發育與逆境響應等生理過程，并表現出極大的改良作物產量的潛力。在玉米中異源表達水稻6-磷酸-海藻糖磷酸酶基因(OsTPP1)，可讓玉米產量提升9%—49%。直接噴施可吸收的6-磷酸-海藻糖前體，亦可使小麥增產20%。然而，6-磷酸-海藻糖如何與其他能量調控因子互作協調碳源分配，科學家還不清楚。
研究團隊在水稻中鑒定了一個糖誘導表達轉錄因子OsNAC23。該轉錄因子可直接抑制6-磷酸-海藻糖中磷酸酶基因的轉錄，促進6-磷酸-海藻糖的累積。與野生型相比，超表達該轉錄因子的植株，其源器官中6-磷酸-海藻糖含量上升，促進光合速率、碳源的源-庫轉運以及穗、種子等庫器官發育，大幅提升植株單株產量。進一步研究顯示，該轉錄因子能與6-磷酸-海藻糖、能量饑餓感受器形成一條正向調節回路來維持水稻碳源分配和籽粒產量。
該研究團隊在主栽品種南粳46等3個背景中過量表達OsNAC23基因。多年多地的區試結果表明，相較于野生型，其在生長后期表現出典型的青稈黃熟的高產性狀，有效穗數和千粒重顯著增加，產量提升8.7%—16.1%，為利用6-磷酸-海藻糖相關基因改良作物產量提供了優異的基因資源和應用示范。
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