南京農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)表《Science》

近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)李?yuàn)櫧淌趫F(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東院士和英國(guó)牛津大學(xué)吉喆博士，在

Science

研究團(tuán)隊(duì)篩選到一個(gè)根-冠生物量比對(duì)氮響應(yīng)不敏感的突變體，從中鑒定到了協(xié)調(diào)水稻根系與地上部響應(yīng)外界氮供應(yīng)、維持根-冠比穩(wěn)態(tài)、促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因子OsWRI1a（WRINKLED1a）。該基因在低氮條件下無(wú)需改變常規(guī)的碳分配模式即可促進(jìn)水稻根系的生長(zhǎng)。此前李?yuàn)檲F(tuán)隊(duì)的研究指出，F(xiàn)-box蛋白R(shí)NR10可通過(guò)單泛素化修飾生長(zhǎng)素合成抑制因子DNR1，抑制其降解，從而負(fù)調(diào)控根系氮響應(yīng)。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，OsWRI1a也能與RNR10互作，其K139、K156和K225位點(diǎn)被RNR10介導(dǎo)多泛素化修飾，進(jìn)而被降解。OsWRI1a在根系中具有雙重調(diào)控功能：一方面，它通過(guò)與DNR1競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合RNR10，破壞DNR1穩(wěn)定性，從而提升生長(zhǎng)素水平，促進(jìn)生長(zhǎng)素介導(dǎo)的根系發(fā)育；另一方面，OsWRI1a可作為轉(zhuǎn)錄因子直接激活氮代謝相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)氮代謝過(guò)程。另外，研究還顯示不同E2泛素結(jié)合酶組分及底物-SKP復(fù)合物空間構(gòu)象變化可實(shí)現(xiàn)RNR10在單泛素化修飾DNR1與多泛素化修飾OsWRI1a之間的切換。在地上部，OsWRI1a通過(guò)激活NGR5表達(dá)促進(jìn)分蘗發(fā)生。值得注意的是，OsWRI1a在分蘗芽中與RNR10呈現(xiàn)微弱互作，既避免OsWRI1a自身被RNR10介導(dǎo)的多泛素化降解，又不干擾RNR10與DNR1之間的相互作用。這一現(xiàn)象揭示了OsWRI1a調(diào)控機(jī)制具有明顯的組織特異性。最終，將優(yōu)異等位基因?qū)刖酒贩N“武運(yùn)粳7號(hào)”，可在低氮條件下穩(wěn)定根冠比，顯著提高氮肥利用效率與產(chǎn)量，展現(xiàn)了突出的育種應(yīng)用潛力。