中国农大孙传清教授Plant Cell发表水稻最新研究成果

来自中国农业大学的研究人员在新研究中，确定了一个主要基因GAD1，其编码的肽在水稻驯化过程中调控着谷粒数、谷粒长度和芒的发育。相关论文发表在9月15日的国际著名植物学杂志《The Plant Cell》上。

　　

生物通报道：来自中国农业大学的研究人员在新研究中，确定了一个主要基因GAD1，其编码的肽在水稻驯化过程中调控着谷粒数、谷粒长度和芒的发育。相关论文以“GAD1 Encodes a Secreted Peptide That Regulates Grain Number, Grain Length and Awn Development in Rice Domestication”为题，发表在9月15日的国际著名植物学杂志《The Plant Cell》上。

文章的通讯作者是中国农业大学植物生理与生物化学国家重点实验室的孙传清(Chuanqing Sun)教授。其主要从事水稻株型遗传调控、野生稻优异基因克隆与利用、亚洲栽培稻进化分子机理等方面的研究工作。相关研究成果：中国农业大学Nature子刊发表水稻研究新成果。

细胞与细胞之间的通讯，有助于协调发育和环境的反应。分泌的肽介导发育过程中的细胞与细胞间信号转导、以及多细胞生物中的模式形成。植物含有多种信号肽，如系统素——在损伤反应中发挥作用，植物磺肽素——可诱导单个叶肉细胞的增殖，S位点半胱氨酸富集蛋白/ S位点蛋白——决定了自交不亲和性，LUREs——引导花粉管的伸长，以及CLAVATA3——介导拟南芥茎尖分生组织中细胞命运的决定信号。EPIDERMAL PATTERING FACTORs（EPFS），如EPF1、EPF2和EPF样9（EPFL9）/气孔蛋白，是拟南芥气孔发育的关键调节因子。

栽培稻（Oryza sativa L.）是全球一半以上人口的主食，是在大约8000年前由野生稻（Oryza rufipogon）驯化而来的。在驯化过程中，形态性状和生理特性都发生了显著的变化。深入了解水稻的驯化过程和栽培水稻中活跃的分子机制，有利于水稻的改良。在过去的十年里，水稻进化机制和几个驯化相关基因，包括Sh4/SHA1、PROG1、Bh4、Rc、OsLG1、An-1和LABA1/An-2已经得以表征。

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野生稻通常每个花穗产生几个长的谷粒，具有长芒，对于种子散布和阻止食谷动物捕食，是至关重要的。然而，目前大多数水稻品种每穗能产生多个谷粒，谷粒更短，并且没有或只有很短的芒。这些特性有利于水稻的储存和加工，并且，野生稻与栽培稻之间的差异，代表了水稻驯化中的关键事件。然而，引起这些变化的分子机制，在很大程度上仍然是未知的。

在这项研究中，研究人员发现，一个EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE (EPFL)肽——由GRAIN NUMBER, GRAIN LENGTH AND AWN  DEVELOPMENT 1 (GAD1)编码，调节着谷粒数、粒长和芒的发育，所有这些特征都在水稻驯化过程中发生了改变。在gad1中的一个移码插入，可破坏EPFL肽的保守的半胱氨酸残基，从而使每穗的粒数增加、粒更短和无芒表型，这些都在栽培稻中被发现过。因此，这些研究结果阐述了一个肽信号分子在植物发育中的功能，并有助于揭示水稻驯化的遗传基础。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
GAD1 Encodes a Secreted Peptide That Regulates Grain Number, Grain Length and Awn Development in Rice Domestication
Abstract：Cultivated rice (Oryza sativa L.) was domesticated from wild rice (Oryza rufipogon Griff.), which typically displays fewer grains per panicle and longer grains than cultivated rice. In addition, wild rice has long awns, whereas cultivated rice has short awns or lacks them altogether. These changes represent critical events in rice domestication. Here, we identified a major gene, GRAIN NUMBER, GRAIN LENGTH AND AWN DEVELOPMENT 1 (GAD1), that regulates those critical changes during rice domestication. GAD1 is located on chromosome 8 and is predicted to encode a small secretary signal peptide belonging to the EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE family. A frame-shift insertion in gad1 destroyed the conserved cysteine residues of the peptide, resulting in a loss of function, and causing the increased number of grains per panicle, shorter grains and awnless phenotype characteristic of cultivated rice. Our findings provide a useful paradigm for revealing functions of peptide signal molecules in plant development and helps elucidate the molecular basis of rice domestication.