胡培松院士团队揭示胚乳赤霉素合成调控稻米外观品质新机制
近日，中国水稻研究所胡培松院士团队在 Plant Biotechnology Journal 期刊在线发表了题为“A MYB61-SWB9-KOs module regulates grain chalkiness via gibberellin biosynthesis in rice endosperm”的研究论文。该研究发现水稻驱动蛋白SWB9通过MYB61-SWB9-KOs模块介导胚乳赤霉素生物合成，进而调控稻米垩白形成，为稻米外观品质遗传改良提供新的思路和理论基础。
稻米外观品质是水稻商品性的直接体现，直接影响到消费者的喜好。稻米的外观品质主要是指稻米的粒型、垩白度、透明度和籽粒色泽等。关于稻米垩白的分子调控机理，已经有很多研究报道，但是由于稻米垩白的影响因素较为复杂，其遗传与调控机理仍有待进一步的深入研究。目前关于赤霉素对种子萌发、茎干伸长、叶片扩展、植物开花和果实生长等生物过程的调控作用都有相关研究，但是赤霉素与稻米垩白性状之间的调控关系尚不清楚。
该研究发现了一个水稻胚乳腹部垩白的突变体 swb9 ( small and white belly 9 )，与野生型相比，突变体 swb9 成熟籽粒的垩白度和垩白粒率增加，总淀粉、直链淀粉含量降低，支链淀粉的短链比例升高。利用图位克隆和Mut-Map方法进行基因克隆，发现 SWB9 编码一个驱动蛋白，定位在细胞核和细胞质。为探索其调控稻米垩白的分子机制，利用DNA-Pull Down体外结合实验找到一个上游调控因子MYB61，酵母单杂、LUC和EMSA实验表明MYB61正调控 SWB9 的表达。功能分析发现SWB9能够行使转录因子的功能，在酵母和水稻原生质体中证明SWB9具有转录抑制活性。通过转录组分析进一步发现SWB9能够抑制胚乳中早期赤霉素合成相关基因 KO1 、 KO2 和 KOL5 的表达，进而调控胚乳赤霉素生物合成。并且，敲除 MYB61 和过表达 KOs 均增加了稻米垩白，在 myb61 中过表达 SWB9 稻米垩白得到部分恢复。突变体 swb9 胚乳的内源赤霉素含量高于野生型，外源赤霉素处理野生型植株发现稻米垩白以剂量依赖的方式受到外源赤霉素的影响，高浓度赤霉素处理导致垩白增加。同时，MYB61受到高浓度赤霉素的诱导。此外，MYB61能够调控支链淀粉合成相关基因 SSIIa ， BEIIb ， ISA1 和 PUL 的表达，影响支链淀粉链长分布，进而调控垩白的产生。综上，本研究揭示了MYB61-SWB9-KOs模块介导胚乳赤霉素生物合成调控稻米垩白和外观品质新机制。
图1 突变体swb9稻米垩白的具体表现
图2 MYB61-SWB9-KOs模块介导胚乳GA调控稻米垩白的工作模式
该研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中国农业科学院创新工程等项目的资助。中国水稻研究所博士研究生陈雨娟、惠索祯和黎慧娟为论文共同第一作者，胡培松院士为通讯作者，唐绍清研究员和胡时开研究员为共同通讯作者。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70103