東北地理所在OsMKKK70正向調(diào)控水稻粒型和葉傾角方面取得重要研究進(jìn)展
水稻是世界范圍內(nèi)重要的糧食作物之一，全球近一半以上的人口以稻米為食。粒型和株型是影響水稻產(chǎn)量的重要因素，而MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)途徑在水稻株型和粒型的調(diào)控上發(fā)揮重要作用。典型的MAPK級(jí)聯(lián)途徑通常由MAPKs、MAPK激酶（MKKs）、MKK激酶（MKKKs）組成。水稻中已報(bào)道的MAPK級(jí)聯(lián)途徑有OsMKKK10-OsMKK4-OsMAPK6級(jí)聯(lián)途徑和OsMKKKε- OsMKK4/5- OsMAPK3/6級(jí)聯(lián)途徑，分別參與調(diào)控水稻粒型和抗病反應(yīng)等過程。目前已有的報(bào)道將MAPK途徑視為水稻粒型調(diào)控途徑之一，但在水稻中僅有較少的研究報(bào)道了MKKKs的功能特征。因此，在水稻MKKK類激酶中挖掘調(diào)控粒型的基因，研究其分子機(jī)制及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)具有重要的研究意義。
近日，中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所卜慶云研究團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)期刊JIPB上在線發(fā)表了題為“OsMKKK70 regulates grain size and leaf angle in rice through the OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53 signaling pathway” 的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的水稻MKKK類激酶OsMKKK70通過OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53級(jí)聯(lián)模塊參與調(diào)控水稻粒型和葉傾角。
該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)過量表達(dá)OsMKKK70導(dǎo)致水稻粒長(zhǎng)變長(zhǎng)，葉傾角增大；而該基因的敲除突變體osmkkk70粒型和葉傾角沒有明顯的變化。由于OsMKKK70有兩個(gè)同源基因OsMKKK55 和OsMKKK62，為探究其同源基因與OsMKKK70是否存在功能冗余性，分別獲得osmkkk62/70雙突變體和osmkkk55/62/70三突變體，二者均呈現(xiàn)出粒型變小，葉傾角直立，BR敏感性減弱的表型，而且osmkkk55/62/70較osmkkk62/70的表型更加顯著，表明OsMKKK70及其同源基因在正調(diào)控水稻的粒型和葉傾角發(fā)育等方面存在功能冗余。OsMKKK70具有激酶活性，OsMKKK70還能夠與關(guān)鍵的MKK類激酶OsMKK4互作。雖然沒有檢測(cè)到OsMKKK70直接磷酸化OsMKK4，但是體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明OsMKKK70能夠促進(jìn)OsMAPK6的磷酸化。此外，在osmkkk62/70雙突變體背景下分別過量表達(dá)組成型的OsMKK4, OsMAPK6 和OsWRKY53后，均能夠恢復(fù)雙突變體osmkkk62/70粒型和葉傾角的表型，說明OsMKKK70能夠通過OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53級(jí)聯(lián)模塊參與調(diào)控水稻粒型和葉傾角。
圖1. OsMKKK70過表達(dá)植株的表型特征
近年來，該研究團(tuán)隊(duì)在水稻粒型和株型研究中取得了一系列研究進(jìn)展，揭示了MAPK級(jí)聯(lián)途徑和BR信號(hào)途徑參與調(diào)控水稻粒型和株型的分子機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，該研究進(jìn)一步揭示了MAPK級(jí)聯(lián)途徑在調(diào)控水稻粒型和株型中的重要意義。東北林業(yè)大學(xué)研究生劉智琦，中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所梅恩陽博士和田曉杰助理研究員為論文第一作者，中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所卜慶云研究員，東北林業(yè)大學(xué)鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐啟江教授和管清杰副教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、黑龍江省自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃等的資助。
論文信息：Zhiqi Liu, Enyang Mei, Xiaojie Tian, Mingliang He, Jiaqi Tang, Min Xu, Jiali Liu, Lu Song, Xiufeng Li, Zhenyu Wang, Qingjie Guan, Qijiang Xu, and Qingyun Bu. OsMKKK70 regulates grain size and leaf angle in rice through the OsMKK4-OsMAPK6-OsWRKY53 signaling pathway. Journal of Integrative Plant Biology. 2021. https://doi.org/10.1111/jipb.13174
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