科技日?qǐng)?bào)記者 王健高 通訊員 劉佳

4月18日，記者從中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所獲悉，該研究所付春祥研究員帶領(lǐng)的能源作物分子育種研究組創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)能源草與牧草株型分子調(diào)控的新模式，解析了miR156-SPL模塊對(duì)獨(dú)腳金內(nèi)酯合成途徑的影響，相關(guān)研究成果發(fā)表在《新植物學(xué)家》雜志。該研究所博士研究生楊瑞娟與項(xiàng)目副研究員劉文文為該論文的共同第一作者，付春祥為通訊作者，中科院西北高原生物研究所王洪倫研究員與四川省草原科學(xué)研究院白史且研究員參與了該研究。

“多年生能飼草在生物能源與牧草飼料生產(chǎn)、邊際土地利用與修復(fù)以及二氧化碳吸收與固定等方面具有重要的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益。”付春祥介紹，其中，柳枝稷屬于禾本科黍?qū)俣嗄晟鶦4高大草本植物，一次種植可以生長(zhǎng)10-12年，生物量高，分布范圍廣，種質(zhì)資源豐富，抗逆性強(qiáng)。迄今為止，柳枝稷在京津冀地區(qū)、黑龍江、山東、寧夏回族自治區(qū)、新疆、內(nèi)蒙古、陜西、江蘇和四川等地均有種植，主要用于防風(fēng)固沙、土壤荒漠化治理、鹽堿地修復(fù)、牧草飼料與生物能源生產(chǎn)等。

記者了解到，付春祥帶領(lǐng)的能源作物分子育種研究組多年來(lái)深耕柳枝稷理想株型的分子設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)和創(chuàng)制了多個(gè)分蘗數(shù)多、開(kāi)花延遲、莖稈增粗的高產(chǎn)高品質(zhì)柳枝稷種質(zhì)新資源。株型直接關(guān)系柳枝稷的生長(zhǎng)狀態(tài)與抗倒伏能力，是決定其產(chǎn)量的主要農(nóng)藝性狀。而能源草與牧草的產(chǎn)量主要由單位面積的分蘗數(shù)與每個(gè)分蘗的生物量決定。其中，獨(dú)角金內(nèi)酯（Strigolactones，SLs）與miR156-SPL模塊是控制禾本科植物分蘗形成的關(guān)鍵因子。之前科學(xué)家們?cè)谥匾Z食作物水稻中成功建立了miR156-SPL模塊介導(dǎo)獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)控植物分蘗的分子模型。

圖1 miR156-SPL模塊通過(guò)獨(dú)腳金內(nèi)酯合成途徑調(diào)控柳枝稷分蘗的模型（圖 /劉文文）

付春祥表示，科研人員發(fā)現(xiàn)在重要的能飼作物柳枝稷中，miR156靶基因SPL2編碼的蛋白不但能夠與獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)通路核心蛋白D53相互作用，還能夠通過(guò)激活植物側(cè)分枝氧化還原酶基因LBO的表達(dá)增強(qiáng)獨(dú)腳金內(nèi)酯合成，進(jìn)而引起D53的泛素化降解，在一定程度上解除D53對(duì)SPL2的抑制作用。而釋放的SPL2能夠發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的功能，促進(jìn)下游分蘗形成關(guān)鍵抑制因子（例如TB1）的表達(dá)（圖1）。該機(jī)制能夠從獨(dú)腳金內(nèi)酯合成層面幫助SPL克服由于D53過(guò)量積累導(dǎo)致的分蘗持續(xù)產(chǎn)生問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)營(yíng)養(yǎng)分蘗數(shù)目的精準(zhǔn)控制。該研究解析了miR156-SPL與獨(dú)腳金內(nèi)酯合成通路在柳枝稷分蘗調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了miR156-SPL2-LBO介導(dǎo)的分蘗調(diào)控新機(jī)制，進(jìn)而在獨(dú)腳金內(nèi)酯合成調(diào)控層面闡述了miR156-SPL模塊精準(zhǔn)控制分蘗形成的功能，為今后能源草和牧草理想株型的分子設(shè)計(jì)提供了重要的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：