万建民院士团队揭示生长素调控水稻光合产物源库分配新机制
近日，中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队与南京农业大学水稻所合作阐明了生长素调控水稻光合产物在源库间分配的分子机制，为利用源-库-流提高农作物产量提供了重要理论依据。相关研究成果在线发表在《美国科学院院刊（PNAS）》。
据南京农业大学赵志刚教授介绍，蔗糖等光合作用产物在源（叶片）和库（果实和种子）器官间的分配与运输是直接影响农作物产量的重要因素。生长素是植物体内的一种非常重要的激素，具有调控作物生长发育的多种生理功能。然而，目前关于生长素和蔗糖这两大信号分子如何协同调控作物生长发育的分子机制仍然不清楚。
在前期研究中，该团队筛选获得了一个水稻生长素氧化双加氧酶失活的dao 突变体，该突变体不能将活性状态的生长素（IAA）失活，破坏了体内IAA的动态平衡，导致单性结实。进一步研究发现，dao 突变体叶片中蔗糖含量增加，但花器官（浆片、花药和子房）中的蔗糖含量却显著降低。测序分析显示，在dao突变体浆片中生长素转录因子OsARF18表达上调，而OsARF2表达下调。OsARF18的过表达系或OsARF2敲除系均能够再现 dao 突变体的表型。实验证明， OsARF2 通过直接结合 OsSUT1 启动子中的糖响应元件调节其表达，而 OsARF18 则通过直接结合生长素反应元件或糖响应元件抑制 OsARF2 和 OsSUT1 表达，从而调控蔗糖从源到库的运输。而在 dao 和 Osarf2 突变体中过表达 OsSUT1基因，能显著提高突变体颖花张开率和小穗结实率。这些研究结果揭示了生长素信号级联反应调控蔗糖转运子表达，调节蔗糖从源（叶片）到库（浆片、花药和子房）的分配，进而影响水稻颖壳张开、花药开裂和籽粒灌浆结实的分子机制，为通过协调源-库-流分配提高农作物产量提供了重要理论依据。
该研究是万建民院士团队在水稻籼粳交杂种优势利用和生长发育领域取得的又一重要进展。前期研究相继发表在《科学（Science）》《自然（Nature）》和《植物细胞（The Plant Cell）》等杂志上。研究得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121671119
