遺傳發育所水稻次生壁形成調控機理研究獲進展

　　次生壁是地球上最豐富的可再生資源，天然次生壁常被生產成多種纖維制品，服務人們的日常生活，也可以作為造紙業和生物能源的原料，具有重要的經濟價值。次生壁是植物生長的物質基礎，影響生命活動的眾多生理過程。例如，水稻中次生壁合成水平與質量直接關系到株高、抗倒伏性等重要的農藝性狀，因而其合成受到嚴格調控。研究發現，大量NAC、MYB等類型的轉錄因子構成復雜的網絡，以應答植物體內外各種信號、精準調控次生壁生物合成。然而，迄今為止鑒定到的負調控因子極少。Increase leaf angle1 (ILA1) 是前期報道的調控次生壁形成的Raf-like MAPKKK蛋白，互作蛋白ILA1 interacting protein4 (IIP4) 是其磷酸化底物，生物學功能未知。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所周奕華研究組利用CRISPR/Cas9基因編輯技術創制iip4突變體，發現其突變體次生壁厚度明顯增加，纖維素和木質素含量略有上升，表明IIP4負調控水稻次生壁的合成。生化和分子生物學研究發現，IIP4與次生壁合成的頂層關鍵調控因子NAC29/NAC31互作，抑制其下游所調控基因、如MYB61、CESA4、CESA7、CESA9的表達，從而干擾次生壁合成。被ILA1磷酸化的IIP4亞細胞定位發生改變，由核中轉移到細胞質，導致細胞核中的互作蛋白NAC29/NAC31被釋放，促進下游基因的表達和次生壁合成。對IIP4的序列分析發現，它具有規律重復的非典型CCCH基序(C-X4-C-X10-C-X2-H)。IIP4同源蛋白在植物中廣泛存在且高度保守，暗示其功能的重要性。IIP4對次生壁合成的調控作用可以用于改良作物抗倒伏性。該研究解析了ILA1-IIP的信號轉導通路，為闡明水稻次生壁形成的分子機制以及作物高產優質分子設計育種提供了重要依據。

　　11月21日，相關研究成果在線發表在Molecular Plant雜志上。研究工作受到自然科學基金項目、中科院戰略性先導科技專項、轉基因專項和青促會的資助。