最新研究解析碳4解剖學結構形成機制

近日，中國農業科學院生物技術研究所作物高光效功能基因組創新團隊研究發現控制水稻碳3、碳4小脈發育新機制，為在碳3水稻中有效組裝碳4解剖學結構提供新的基因資源和理論基礎。相關研究成果發表于《植物細胞》（The Plant Cell）上。中國農業科學院生物技術研究所博士生劉啟明、已畢業滕守振博士和鄧晨博士為該論文共同第一作者，路鐵剛研究員、孫學輝副研究員和Thomas P. Brutnell教授為該論文的共同通訊作者。

玉米、高粱等碳4作物葉片具有“花環結構”和生化途徑，其光合效率、生物量、糧食產量、水分和氮素利用效率顯著高于水稻、小麥等碳3作物。小脈是“花環結構”的組織中心，小脈變密和葉肉細胞、維管束鞘細胞的特殊排列模式是碳3植物向碳4植物進化的第一個關鍵步驟。多年來科學家一直試圖揭示這個特殊結構形成的分子機制，但由于調控機制復雜，進展較為緩慢。

SHR/IDD/PIN模塊調控碳3和碳4小脈發育圖。中國農業科學院生物技術研究所供圖

研究發現，水稻中轉錄因子OsSHR1/2與OsIDD12/13形成復合體，并結合到基因OsPIN5c上，形成SHR-IDD-PIN分子模塊開關調控基因OsPIN5c的表達，影響水稻葉脈生長素的分配，從而控制小脈密度和葉肉細胞、維管束鞘細胞的特殊排列模式，在水稻中創制類似碳4的解剖學結構。該研究為碳4水稻創制進程邁出關鍵一步。