西南大學在小穗發育調控研究獲進展

　　近日，西南大學農學與生物科技學院、農業科學研究院何光華教授領銜的水稻生物學團隊在頂級植物學期刊《植物細胞》（The Plant Cell） 在線發表了題為 “NONSTOP GLUMES 1 Encodes a C2H2 Zinc Finger Protein that Regulates Spikelet Development in Rice”的原創性研究長文，深度解析了水稻NSG1基因參與小穗器官特征發育的分子機制，為進一步構建水稻花/穗發育基因調控網絡、推動“三花小穗”的分子設計育種奠定了基礎。

　　小穗是禾本科植物花序特有的結構，也是決定產量和品質的重要因素之一。正常水稻的一個小穗內小花數目恒定——只包含一個可育小花 (由外稃、內稃，漿片、雄蕊和雌蕊組成)。1937年提出的 “三花小穗”假說認為原始的水稻小穗可能由三個小花構成。該團隊曾經在2017年深度解析了LF1基因誘導側生小花發生的分子機制，鑒定了一個功能獲得性突變體lf1，發現兩個護穎腋下起始了新的花器官(內稃、漿片、雄蕊和雌蕊)，為“三花小穗”假說提供了直接證據 (PNAS，2017)。

　　此外，該團隊在本研究中分離鑒定了三個隱性等位突變體nsg1-1，nsg1-2和nsg1-3，其小穗除雌蕊發育正常外，所有的側生器官 (特別是兩個護穎) 出現不同程度的外稃化。通過遺傳學、細胞學和分子生物學等手段，團隊深度揭示了NSG1基因編碼的C2H2鋅指結構轉錄因子可以通過與水稻TPR類轉錄共抑制子結合，進一步募集組蛋白去乙酰化酶HDAC去直接抑制LHS1/OsMADS1(一個水稻外稃及內稃主體特征發育基因) 在護穎等側生器官中的異位表達，從而維持這些器官的正常發育。該研究一方面闡明了水稻小穗中護穎等穎片類側生器官區別于外稃發育的分子機制，另一方面也為“三花小穗”分子設計育種途徑提供了新的基因資源，具有重要意義。

　　博士生莊慧為本文第一作者，碩士生王紅蕾、講師張婷為共同第一作者，李云峰副教授為本文的通訊作者，何光華教授為共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金、教育部博士點專項基金、農業部公益性農業科研專項經費、重慶市項目、中央高校業務費等項目的資助。