廣東
近日，萬建民院士團(tuán)隊(duì)在JIPB期刊在線發(fā)表了題為“Rice OsTUB1 interacts with OsEB1c and OsEB1a to separately modulate endosperm development and grain size”的論文。該研究揭示了水稻微管蛋白OsTUB1通過形成兩種功能模塊，分別調(diào)控籽粒大小和胚乳發(fā)育的分子機(jī)制。
研究團(tuán)隊(duì)在粳稻品種W017誘變?nèi)后w中發(fā)現(xiàn)一個(gè)胚乳發(fā)育缺陷突變體b336，其籽粒細(xì)長且胚乳粉質(zhì)皺縮。細(xì)胞學(xué)分析顯示，突變體開花后6天仍未完成胚乳細(xì)胞化，胚乳細(xì)胞數(shù)量減少30.7%，淀粉粒形態(tài)異常，最終造成灌漿不足和千粒重下降。通過精細(xì)定位，團(tuán)隊(duì)確定β-微管蛋白OsTUB1發(fā)生了F408Y錯(cuò)義突變。該突變表現(xiàn)出顯性負(fù)效應(yīng)：突變蛋白不僅自身穩(wěn)定性降低，還會(huì)破壞α-微管蛋白的穩(wěn)定性，并能與α-微管蛋白結(jié)合，最終微管組織排列紊亂。免疫熒光實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步觀察到，突變體胚乳細(xì)胞中出現(xiàn)紡錘體異常、部分染色體遷移滯后及成膜體缺陷等現(xiàn)象，從而直接阻礙了細(xì)胞的正常有絲分裂。
機(jī)制解析取得雙突破：其一，OsTUB1與微管末端結(jié)合蛋白OsEB1c協(xié)同保障胚乳發(fā)育。在突變體中過表達(dá)OsEB1c，可顯著改善胚乳粉質(zhì)表型并降低突變蛋白豐度，表明OsEB1c通過“質(zhì)量控制”機(jī)制促進(jìn)有絲分裂微管有序組裝。其二，OsTUB1與同家族蛋白OsEB1a互作調(diào)控粒型。OsEB1a基因敲除株系產(chǎn)生與b336相似的長窄粒表型，而b336突變體的周質(zhì)微管密度下降導(dǎo)致細(xì)胞伸長受到抑制。兩種EB1蛋白雖功能分化但存在部分冗余，雙敲除株系出現(xiàn)更嚴(yán)重的胚乳缺陷表型。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)OsTUB1或OsEB1c可使籽粒增大、千粒重提升。通過解析3,000份水稻種質(zhì)資源，發(fā)現(xiàn)OsTUB1啟動(dòng)子單倍型Hap2比Hap1轉(zhuǎn)錄活性高，攜帶Hap2的種質(zhì)粒長更長。
OsTUB1與OsEB1c和OsEB1a互作分別調(diào)控胚乳發(fā)育和粒型的分子機(jī)制
這項(xiàng)歷時(shí)五年的研究證實(shí)，OsTUB1及其互作蛋白在籽粒發(fā)育中具有重要作用。該成果不僅闡明了水稻籽粒發(fā)育中的細(xì)胞骨架調(diào)控機(jī)制，也為水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種提供了理論依據(jù)與技術(shù)方案。
博士生傅玉雙和已畢業(yè)碩士生胡曉晴為論文共同第一作者，萬建民院士和張文偉副教授為共同通訊作者。
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