揭開水稻分蘗調控之謎

分蘗是禾本科植物在地面以下或接近地面處所發生的分枝。對水稻而言，分蘗數目和分蘗角度是影響株型的兩個重要因素，對水稻群體產量起決定性作用。

在國家自然科學基金重大研究計劃“主要農作物產量性狀的遺傳調控網絡解析”支持下，在中國科學院院士韓斌等責任專家指導下，研究人員充分挖掘、收集遺傳材料，克隆一系列具有重要育種價值的基因，并通過水稻分蘗數目和分蘗角度的新基因作用機理解析，構建了調控分蘗數目和分蘗角度的關鍵遺傳調控網絡。

水稻分蘗數目直接決定水稻穗數進而影響水稻產量。作為一種新型植物激素，獨腳金內酯在水稻分蘗數目的調控中扮演著重要角色，對其信號轉導過程研究具有重要的科學意義。

科研人員在前期研究基礎上，發現理想株型調控因子IPA1是獨腳金內酯信號通路中負調控因子D53的下游靶基因，D53蛋白通過與IPA1互作抑制IPA1的轉錄激活活性，從而抑制下游基因的表達。同時，IPA1能直接結合D53的啟動子并激活D53基因的表達，形成負反饋調節。這些研究結果貫通了獨腳金內酯的信號轉導途徑。

研究人員還利用酵母雙雜交方法篩選得到IPA1的互作蛋白IPI1。研究表明，IPI1編碼一個泛素化連接酶（RING-finger E3 ligase），能夠和IPA1在細胞核內發生互作，并泛素化IPA1蛋白。進一步分析揭示，IPI1對IPA1的泛素化具有組織特異性，從而精細調控不同組織中IPA1蛋白水平。對此，業內專家認為，IPI1在增加穗粒數的同時并沒有“犧牲”分蘗數目，有望成為能夠應用于生產實踐的基因資源。

合適的分蘗角度對水稻植株的生長及群體產量至關重要。圍繞影響分蘗角度形成的重要因素之一 ——重力反應，研究人員在全基因組水平上構建了水稻分蘗角度動態調控的分子網絡，并挖掘到調控水稻分蘗角度形成的重要節點基因HSFA2D、LA1、WOX6和WOX11，在此基礎上建立了以LA1為核心介導的水稻分蘗角度調控途徑。

同時，研究人員發現，基因OsHOX1和OsHOX28通過抑制HSFA2D表達和降低內源生長素含量，冗余地調控水稻分蘗角度，進一步研究建立了以HSFA2D-LA1-WOX6/11為核心的重力感應介導的分子遺傳途徑，豐富了水稻分蘗角度的遺傳調控網絡。

此外，研究人員還利用圖位克隆技術，克隆了控制水稻株型和產量的新基因PAY1；利用全基因組關聯分析（GWAS）發掘出30個控制水稻分蘗角度的數量性狀基因座（QTL），并展開深入分析。

總之，這一系列研究提升了我國相關領域的國際影響力，為水稻產量提高提供了重要理論基礎和有潛在利用價值的新基因，為實現水稻的分子育種奠定了堅實基礎。