研究成果于8月15日在Cell Research杂志在线发表(DOI:
10.1038/cr.2017.102)。李家洋研究组博士后宋晓光、已毕业的博士研究生路则府和副研究员余泓为该论文的共同第一作者,李家洋为通讯作者。合作者主要包括中科院遗传发育所研究员王永红、中国农业科学院作物科学研究所研究员刘春明和华南师范大学教授李洪清。该研究得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金项目和中科院先导A项目的资助。

独脚金内酯是一种新型的植物激素,在植物株型建成中发挥重要作用,能作为长距离信号分子抑制植物侧芽的伸长进而抑制分枝的产生,对其信号途径的研究具有重要的科学意义和应用价值。中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组与合作者长期从事水稻株型建成分子机制的研究,对理想株型以及独脚金内酯的合成及信号转导进行了系统深入的解析。此前他们克隆了水稻理想株型的主效基因IPA1(Ideal
Plant Architecture
1),证明其编码一个含有SBP-box结构域的转录因子,调控多个生长发育过程,对水稻产量具有重要影响(Jiao
et al., Nat Genet,
2010),且在育种中增产效果显著。同时,他们鉴定了独脚金内酯信号通路中关键的负调控因子Dwarf
53
(D53),解析了独脚金内酯信号转导的“去抑制化激活”机制(Jiang et al.,
Nature,
2013)。最新的研究表明,IPA1功能缺失突变体表现出分蘖数增多的表型,且对外源施加的独脚金内酯人工合成类似物rac-GR24不敏感;D53蛋白可直接与IPA1蛋白相互作用,抑制IPA1的转录激活活性,从而抑制下游基因表达。此外,还发现IPA1能直接结合D53的启动子并激活D53基因的表达,从而形成负反馈调节。该研究结果揭示了IPA1即是长期寻找的D53下游的转录因子,参与独脚金内酯信号途径,并直接受到D53的调控。研究成果于2017年8月15日在Cell
Research杂志在线发表(DOI:
10.1038/cr.2017.102)。李家洋研究组博士后宋晓光、已毕业的博士研究生路则府和副研究员余泓为该论文的共同第一作者,李家洋研究员为通讯作者。合作者主要包括中科院遗传发育所的王永红研究员、中国农业科学院作物科学研究所的刘春明研究员和华南师范大学的李洪清教授。该研究得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金项目和中国科学院先导A项目的资助。

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中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组与合作者长期从事水稻株型建成分子机制的研究,对理想株型以及独脚金内酯的合成及信号转导进行了系统深入的解析。此前他们克隆了水稻理想株型的主效基因IPA1(Ideal
Plant Architecture
1),证明其编码一个含有SBP-box结构域的转录因子,调控多个生长发育过程,对水稻产量具有重要影响(Jiao
et al., Nat Genet,
2010),且在育种中增产效果显著。同时,他们鉴定了独脚金内酯信号通路中关键的负调控因子Dwarf
53 ,解析了独脚金内酯信号转导的“去抑制化激活”机制 (Jiang et al.,
Nature,
2013)。最新的研究表明,IPA1功能缺失突变体表现出分蘖数增多的表型,且对外源施加的独脚金内酯人工合成类似物rac-GR24不敏感;D53蛋白可直接与IPA1蛋白相互作用,抑制IPA1的转录激活活性,从而抑制下游基因表达。此外,还发现IPA1能直接结合D53的启动子并激活D53基因的表达,从而形成负反馈调节。该研究结果揭示了IPA1即是长期寻找的D53下游的转录因子,参与独脚金内酯信号途径,并直接受到D53的调控。

图:IPA1介导的独脚金内酯信号途径

中国科学院上海药物研究所徐华强研究员与中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室李家洋院士和王永红研究员、中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室钱前研究员合作,对独脚金内酯调控水稻分蘖的分子机制研究取得了重大突破性进展。通过对水稻矮化丛生系列突变体(dwarf突变体或简称为d突变体)的系统研究,他们发现D27
基因调控独脚金内酯生物合成的关键作用(Lin et al., Plant Cell, 21: 1512,
2009)以及独脚金内酯通过调控生长素合成与转运而介导分蘖角度的新机制(Sang
et al., PNAS, 111: 11199,
2014)。研究者们最近在研究D53基因调控独脚金内酯信号转导分子机理方面取得了重大突破性进展。他们发现的独脚金内酯信号转导的“去抑制化激活”机制与生长素、赤霉素、茉莉酸等重要激素的信号转导激活机制类似,表明这是植物在进化过程中选择的一种主要调控模式。

图:IPA1介导的独脚金内酯信号途径

独脚金内酯信号转导分子机制研究取得新进展

由科学技术部基础研究管理中心等部门组织的“2014年度中国科学十大进展”于2015年2月10日揭晓。上海药物所徐华强研究员与李家洋院士等完成的“阐明独脚金内酯通过诱导其抑制因子D53降解调控水稻的分蘖和株型”的成果入选“2014年度中国科学十大进展”。

独脚金内酯是一种新型的植物激素,在植物株型建成中发挥重要作用,能作为长距离信号分子抑制植物侧芽的伸长进而抑制分枝的产生,对其信号途径的研究具有重要的科学意义和应用价值。

上述研究是解析独脚金内酯信号转导分子机制的奠基性发现,相关结果以研究论文(Research
Article)形式发表于国际权威学术刊物Nature (Jiang et al., 504: 401,
2013)。南京农业大学与中国农业科学院作物科学研究所万建民教授等对D53基因的研究获得类似结果(Zhou
et al., Nature, 504: 406, 2013)。Nature同期在其NEWS &
VIEWS专栏配发题为“Witchcraft and
destruction”的专文评述,高度评价上述工作的重大理论意义和潜在应用价值。

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