林鸿宣院士PLOS发表水稻遗传学成果

　　

生物通报道：每穗粒数——水稻产生改良的一个有价值的农艺学性状，受到生殖分生组织活性的极大影响。反过来，这种活性受到转录和植物激素调节因子的控制，特别是KNOX蛋白和细胞分裂素。然而，由于植物激素调节因子之间串扰的复杂性，GAs在水稻这些过程中的作用以及调控网络如何起作用，还鲜为人知。

10月20日，在国际著名学术期刊《PLOS Genetics》发表的一项研究中，来自中科院上海生命科学研究院、沈阳农业大学、中国农科院的科学家们，在水稻中确定了一个新的GA生物合成基因，并展示了其在改善粒数和粮食产量中的作用。该研究还指出，KNOX介导的细胞分裂素-GA活性再平衡机制，调节着花序分生组织的发育和维护过程，从而为高产水稻的育种提供了一种可能的工具。

中科院上海生命科学研究院的林鸿宣院士，和中国农科院作物科学研究所的徐建龙研究员，是本文共同通讯作者。林鸿宣于2009年当选为中科院院士，其主要从事作物重要性状的遗传与功能基因研究。徐建龙研究员主要从事水稻种质资源高产、抗逆（抗旱、耐盐碱、耐冷）、抗病基因/QTL的深层挖掘、精细定位、克隆与标记辅助聚合育种研究。延伸阅读：林鸿宣院士Nature子刊发表水稻遗传研究新成果;张启发院士等人PNAS发表水稻新成果；李家洋院士PNAS发表水稻新研究成果。

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细胞分裂素和赤霉素（GAs）对于调节生殖分生组织的活性，起着拮抗作用。细胞分裂素对分生组织的活性和维护有着积极的影响。在花序分生组织的发育过程中，细胞分裂素的生物合成是通过一个KNOX介导的途径而被激活的。细胞分裂素活性的增加可导致更高的谷粒数，而GAs可负向地影响分生组织的活性。GA生物合成基因GA20oxs是由KNOX蛋白负向调控的。KNOX蛋白的功能是作为调节剂，平衡分生组织中的细胞分裂素和GA活性。然而，细胞分裂素和GA调控因子连同KNOX蛋白质之间的串扰，以及KNOX介导的激素活性动态平衡如何发挥作用，我们还知之甚少。

在这项研究中，研究人员QTL的通过图位克隆，克隆了一个GA生物合成基因——GNP1，它编码水稻GA20ox1。NIL-GNP1TQ的穗粒数与产量，显著高于Lemont品种。在NIL-GNP1TQ中，其启动子区的序列变异可增加GNP1转录本的水平，它们富集在花序分生组织的顶端区。研究人员认为，由于一条KNOX介导的转录反馈回路（起因于较高的GNP1转录本水平），细胞分裂素活性增加，反过来导致GA代谢基因GA2oxs的表达增加，并减少了GA1和GA3的积累。这种再平衡过程可增加细胞分裂素的活性，从而增加水稻的穗粒数和产量。这些发现揭示了GAs在水稻开花分生组织发育中的重要新作用，并对于细胞分裂素和GA之间的串扰，提供了新的见解。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
The QTL GNP1 Encodes GA20ox1, Which Increases Grain Number and Yield by Increasing Cytokinin Activity in Rice Panicle Meristems
Abstract: Cytokinins and gibberellins (GAs) play antagonistic roles in regulating reproductive meristem activity. Cytokinins have positive effects on meristem activity and maintenance. During inflorescence meristem development, cytokinin biosynthesis is activated via a KNOX-mediated pathway. Increased cytokinin activity leads to higher grain number, whereas GAs negatively affect meristem activity. The GA biosynthesis genes GA20oxs are negatively regulated by KNOX proteins. KNOX proteins function as modulators, balancing cytokinin and GA activity in the meristem. However, little is known about the crosstalk among cytokinin and GA regulators together with KNOX proteins and how KNOX-mediated dynamic balancing of hormonal activity functions. Through map-based cloning of QTLs, we cloned a GA biosynthesis gene, Grain Number per Panicle1 (GNP1), which encodes rice GA20ox1. The grain number and yield of NIL-GNP1TQ were significantly higher than those of isogenic control (Lemont). Sequence variations in its promoter region increased the levels of GNP1 transcripts, which were enriched in the apical regions of inflorescence meristems in NIL-GNP1TQ. We propose that cytokinin activity increased due to a KNOX-mediated transcriptional feedback loop resulting from the higher GNP1 transcript levels, in turn leading to increased expression of the GA catabolism genes GA2oxs and reduced GA1 and GA3 accumulation. This rebalancing process increased cytokinin activity, thereby increasing grain number and grain yield in rice. These findings uncover important, novel roles of GAs in rice florescence meristem development and provide new insights into the crosstalk between cytokinin and GA underlying development process.