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科技创新进展:揭示叶绿体稳定性调控水稻产量和品质新机制

来源:中国水稻研究所作者:重点实验室发布时间:2022-07-20

近日,我所种质创新课题组在SCIENCE CHINA Life Sciences发表了题为“LSL1 controls cell death and grain production by stabilizing chloroplast in rice”的研究论文,该论文揭示了一个含有未知功能结构域的蛋白参与调控叶绿体氧化还原稳态的机制,进而影响水稻的产量与品质。

叶绿体作为植物光合作用的重要场所,其能量转移及氧化还原稳态的维持对于植物发育至关重要。水稻作为最重要的粮食作物之一,叶绿体发育异常通常会引起籽粒发育异常,导致减产和品质受损。解析叶绿体及籽粒发育的分子调控机制,为保障粮食安全提供分子育种策略。

研究人员通过EMS诱变分离得到了一个类病斑lsl1突变体,该突变体在全生育期均表现为类病斑表型。生理实验表明,lsl1中活性氧过度积累,维持ROS稳态的关键酶活性严重失调。TUNEL和彗星实验表明lsl1突变体中发生了DNA的异常降解和细胞死亡。lsl1突变体叶绿体发育异常,结合转录组数据表明,LSL1参与光合作用和叶绿素合成过程。叶绿体异常导致了光合作用受损,其籽粒大小和品质均降低。

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深入探究LSL1潜在的分子机制,通过酵母双杂实验对LSL1蛋白进行互作筛选,鉴定到两个叶绿体发育相关蛋白PAP10与PsaD。LUC和BIFC实验也证实了这一互作关系。值得注意的是,突变的LSL1蛋白失去了与PsaD蛋白发生互作的能力。因此该研究认为LSL1通过与PAP10和PsaD互作来共同维持叶绿体和细胞正常发育,进而决定水稻产量和品质。

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该研究获得国家自然科学基金和浙江省自然科学基金资助。任德勇研究员,谢伟硕士和徐乾坤博士为论文共同第一作者。任德勇研究员和钱前院士为共同通讯作者。

论文链接:https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-022-2152-6



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