記者10月10日從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院作物科學(xué)研究所水稻分子設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)其他科研機(jī)構(gòu)合作，鑒定到一個(gè)細(xì)胞分裂素信號(hào)新組分PPKL1，發(fā)現(xiàn)其可通過(guò)引誘但不接納細(xì)胞分裂素磷酸轉(zhuǎn)移蛋白AHP2上的磷酸基團(tuán)，干擾信號(hào)傳遞效率，從而抑制水稻籽粒大小。團(tuán)隊(duì)據(jù)此建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《分子植物》上。

團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員童紅寧介紹，植物中經(jīng)典的細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴(lài)于組氨酸受體激酶、組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白以及細(xì)胞分裂素響應(yīng)因子RR之間磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移，然而對(duì)這一磷酸中繼過(guò)程調(diào)控的分子機(jī)制，學(xué)界仍知之甚少。另一方面，在水稻中，細(xì)胞分裂素可以顯著調(diào)控穗粒數(shù)，而對(duì)粒重或籽粒大小的調(diào)控功能學(xué)界也不清楚。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)大規(guī)模誘變，篩選到一個(gè)大粒顯性突變體并克隆了突變體基因PPKL1。與RR蛋白類(lèi)似，PPKL1可與AHP2蛋白直接互作，并通過(guò)模仿RR蛋白功能區(qū)與其競(jìng)爭(zhēng)AHP2的磷酸基團(tuán)，導(dǎo)致磷酸中繼效率大幅降低。當(dāng)此功能區(qū)位點(diǎn)突變后則喪失了對(duì)信號(hào)傳遞的影響，籽粒顯著增大。他們以?xún)?yōu)質(zhì)水稻品種空育131為材料，針對(duì)其該功能區(qū)進(jìn)行基因編輯，獲得多個(gè)可不同程度增大籽粒的基因型，部分可顯著增產(chǎn)。

團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)制了千粒重從20克到38克漸次分布的水稻材料，從而建立了一套水稻籽粒大小精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該研究發(fā)現(xiàn)，PPKL家族蛋白對(duì)細(xì)胞分裂素信號(hào)的抑制作用可能是一個(gè)古老的功能，其功能位點(diǎn)隱藏在甾醇類(lèi)激素油菜素內(nèi)酯信號(hào)組分中，發(fā)掘并利用這一基因，對(duì)作物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)改良具有重大應(yīng)用價(jià)值。