胡培松院士团队阐明水稻分蘖芽发育新机制
近日，我所胡培松院士团队在New Phytologist杂志在线发表了我所和中国科学院遗传与发育生物学研究所合作完成的题为“Photosynthesis regulates tillering bud elongation and nitrogen-use efficiency via sugar-induced NGR5 in rice”的研究论文。该研究阐明了一种碳氮协同互作调控水稻分蘖芽发育的新机制，将为水稻增产提供重要的理论依据。
分蘖数是水稻重要的农艺性状之一，因为分蘖数决定着有效穗数，最终决定水稻的产量。研究表明水稻分蘖的形成包括分蘖芽的起始和伸长两个生物学过程，其调控机制也日渐清晰，然而光合作用如何协同糖和氮信号调控分蘖芽发育的分子机制并不清楚。
本研究通过正向遗传学手段鉴定了一个调控水稻分蘖数目的关键基因Decreased Tiller Number 1 (DTN1)，其编码果糖-1,6-二磷酸醛缩酶。DTN1突变体后导致水稻光合速率降低，叶片和腋芽中蔗糖和其他糖含量减少，从而导致分蘖数目的减少，外源蔗糖处理可恢复分蘖减少的表型。
太阳光处理可促进粳稻品种日本晴分蘖芽的伸长，利用太阳光（室外）和日光灯（室内）不同处理后的转录组数据鉴定到糖合成基因DTN1和氮素响应基因NGR5均受到太阳光诱导表达，而DTN1突变体中NGR5表达量显著降低，突变体dtn1-1中过表达NGR5可以部分回复dtn1-1分蘖数减少的表型，证实了NGR5作用于DTN1的下游行使生物学功能。此外，DTN1突变体分蘖的形成对氮素供应不敏感。综合以上结果，研究人员发现光合作用关键基因DTN1通过调控糖含量正向调节氮素响应基因NGR5的表达，进而影响水稻分蘖芽的发育。
该研究得到了浙江省自然科学基金、国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。已毕业研究生闻锐和祝毛迪，在读博士生余钧明为共同第一作者。胡培松院士为通讯作者，我所唐绍清研究员和邵高能副研究员，中科院遗传发育所余泓研究员为本论文共同通讯作者。
文章链接：https://doi.org/10.1111/nph.19921