近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)揭示了核糖體蛋白NAL21/RPS3A通過調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素響應(yīng)因子和葉片側(cè)向擴(kuò)展調(diào)節(jié)因子的翻譯水平來影響水稻葉片寬度的新機(jī)制。2月16日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《植物生理（Plant Physiology）》。
據(jù)李學(xué)勇研究員介紹，葉片是植物進(jìn)行光合作用、呼吸作用和蒸騰作用的重要器官，也影響著植物的整體株型結(jié)構(gòu)。其中，葉片寬度是葉片形態(tài)的重要指標(biāo)，是一個(gè)由多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀。當(dāng)前，部分調(diào)控水稻葉片寬度的基因已被克隆，然而葉片寬度調(diào)控的分子機(jī)制，特別是蛋白翻譯水平上的調(diào)控仍有待研究。
該研究通過誘變，獲得了一個(gè)窄葉突變體nal21。該突變體葉片大葉脈、小葉脈數(shù)目減少，葉片表皮細(xì)胞體積變小，細(xì)胞數(shù)目也減少，導(dǎo)致葉片變短變窄，同時(shí)該突變體對(duì)生長(zhǎng)素的敏感性也降低。圖位克隆表明，水稻葉片寬度調(diào)控基因NAL21編碼一個(gè)核糖體小亞基蛋白R(shí)PS3A。研究發(fā)現(xiàn)，在nal21突變體中，核糖體結(jié)構(gòu)異常，生長(zhǎng)素響應(yīng)因子ARFs的蛋白質(zhì)翻譯效率降低，導(dǎo)致生長(zhǎng)素調(diào)控的葉片細(xì)胞分裂和擴(kuò)展受阻。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，RPS3A還能在翻譯水平上調(diào)控葉片側(cè)向擴(kuò)展關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子WOX3A的表達(dá)。通過提高ARFs和WOX3A的翻譯效率，可使nal21突變體的葉片恢復(fù)正常表型。該項(xiàng)研究揭示了葉片發(fā)育過程中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的適當(dāng)翻譯調(diào)控是維持葉片正常形態(tài)所必需的，這項(xiàng)工作為完善水稻葉型發(fā)育分子機(jī)制提供新的理論依據(jù)。
該研究得到了國(guó)家轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和國(guó)家留學(xué)基金委等項(xiàng)目的資助。
據(jù)李學(xué)勇研究員介紹，葉片是植物進(jìn)行光合作用、呼吸作用和蒸騰作用的重要器官，也影響著植物的整體株型結(jié)構(gòu)。其中，葉片寬度是葉片形態(tài)的重要指標(biāo)，是一個(gè)由多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀。當(dāng)前，部分調(diào)控水稻葉片寬度的基因已被克隆，然而葉片寬度調(diào)控的分子機(jī)制，特別是蛋白翻譯水平上的調(diào)控仍有待研究。
圖1：作科所揭示水稻葉片寬度調(diào)控的新機(jī)制
該研究通過誘變，獲得了一個(gè)窄葉突變體nal21。該突變體葉片大葉脈、小葉脈數(shù)目減少，葉片表皮細(xì)胞體積變小，細(xì)胞數(shù)目也減少，導(dǎo)致葉片變短變窄，同時(shí)該突變體對(duì)生長(zhǎng)素的敏感性也降低。圖位克隆表明，水稻葉片寬度調(diào)控基因NAL21編碼一個(gè)核糖體小亞基蛋白R(shí)PS3A。研究發(fā)現(xiàn)，在nal21突變體中，核糖體結(jié)構(gòu)異常，生長(zhǎng)素響應(yīng)因子ARFs的蛋白質(zhì)翻譯效率降低，導(dǎo)致生長(zhǎng)素調(diào)控的葉片細(xì)胞分裂和擴(kuò)展受阻。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，RPS3A還能在翻譯水平上調(diào)控葉片側(cè)向擴(kuò)展關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子WOX3A的表達(dá)。通過提高ARFs和WOX3A的翻譯效率，可使nal21突變體的葉片恢復(fù)正常表型。該項(xiàng)研究揭示了葉片發(fā)育過程中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的適當(dāng)翻譯調(diào)控是維持葉片正常形態(tài)所必需的，這項(xiàng)工作為完善水稻葉型發(fā)育分子機(jī)制提供新的理論依據(jù)。
圖2: RPS3A在蛋白質(zhì)翻譯水平調(diào)控葉片發(fā)育的模型
該研究得到了國(guó)家轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和國(guó)家留學(xué)基金委等項(xiàng)目的資助。
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