Journal of Integrative Plant Biology-课题组揭示植物激素在早期胚乳发育中的变化及作用

水稻、小麦和玉米等禾本科作物的胚乳是人类粮食的最主要来源，其发育和营养累积直接决定粮食作物的产量和品质。因此，胚乳发育的机制研究不仅为产量和品质性状的分子育种提供线索，也有助于揭示植物进化和分化的分子基础。尽管有研究表明植物激素参与禾本科植物的种子发育，但到目前为止，人们对胚乳特别其早期发育过程中激素的动态变化及作用还了解较少。

近日，课题组通过合作，在Journal of Integrative Plant Biology在线发表了题为“Phytohormone dynamics in developing endosperm influence rice grain shape and quality”的研究论文，该研究整合了表达谱分析、质谱测定、特定基因表达等手段，系统研究了植物激素在水稻胚乳发育过程中的动态变化， 发现了不同激素对胚乳发育及种子产量、品种的差异调控。

胚乳发育的不同阶段激素合成和信号相关基因呈现明显的动态变化，细胞分裂素相关基因在胚乳游离核时期高表达，在细胞化时期，油菜素甾醇与脱落酸相关基因表达开始提高。生长素相关基因有两种表达模式，OsYUC12等基因在游离核时期特异高表达，而OsYUC1，9，11等基因在胚乳细胞化完成后开始表达。利用胚乳特异表达启动子TFSE1驱动表达生长素、赤霉素、油菜素甾醇和细胞分裂素合成相关基因，发现胚乳中激素含量变化影响了粒型和种子品质，生长素与赤霉素促进籽粒伸长，细胞分裂素导致种子变长变窄。油菜素甾醇的作用最为显著，不仅可以促进水稻籽粒的长和宽，还降低精米的垩白度和垩白粒率。这些结果为早期胚乳发育调控和产量分子育种研究提供了有益线索。

张晓凡博士为本文第一作者，湖南农业大学肖浪涛课题组、中科院植物所/中国农科院刘春明研究组分别进行激素测定和提供胚乳特异启动子TFSE1。该研究得到了国家转基因生物新品种培育重大专项、国家重点研发计划的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jipb.12927