生化学院张可伟课题组在细胞分裂素代谢领域取得新进展
日期: 2020-08-17 作者: 供稿单位: 生化学院

近日,Plant Biotechnology Journal 一区Top期刊,影响因子8.1)在线发表了浙师大生化学院张可伟课题组题为Cytokinin oxidase/dehydrogenase OsCKX11 coordinates source and sink relationship in rice by simultaneous regulation of leaf senescence and grain number 的研究论文,揭示了水稻细胞分裂素氧化酶CKX11调节叶片衰老和穗粒数,协调源库关系,在水稻产量形成中发挥了重要的作用。




旗叶和籽粒分别属于禾谷类作物的源和库,二者都关系到作物产量形成。叶片早衰显著降低了光合速率,减少光合产物积累,严重降低了作物产量。而禾谷类植物的穗粒数是决定作物产量的重要因素之一。细胞分裂素作为一种重要的小分子激素,在叶片衰老和穗粒数/种子数目形成方面起着重要作用。


本研究利用CRISPR-Cas9基因编辑技术创制了水稻11个细胞分裂素氧化酶突变体,利用黑暗离体诱导叶片衰老的方法鉴定了能调控叶片衰老的基因OsCKX11。田间试验表明osckx11突变体不仅表现出叶片适度延缓衰老表型,而且分蘖数和穗粒数均显著增加。基因表达模式分析表明OsCKX11主要在根、叶和穗部表达,并强烈受脱落酸(ABA)和叶片衰老的诱导。亚细胞定位证明GFP-CKX11融合蛋白定位于细胞质。原位杂交进一步证明其在枝梗原基表达。体外重组OsCKX11蛋白催化多种类型细胞分裂素的降解,但对反式(trans-zeatin)和顺式玉米素(cis-zeatin) 表现出较强的偏好性。与野生型(WT)相比,osckx11突变体旗叶的细胞分裂素水平显著升高。此外,在osckx11突变体中,ABA生物合成基因下调,ABA降解基因上调,从而降低了ABA的含量,说明OsCKX11在叶片衰老过程中介导了细胞分裂素和ABA之间的拮抗关系。本研究揭示了细胞分裂素调控叶片衰老的分子机理,发现OsCKX11是细胞分裂素和ABA拮抗调控水稻叶片衰老的关键基因,进一步发现敲除OsCKX11能同时提高光合作用和籽粒数,提高作物产量,为揭示叶片衰老分子机理以及作物分子育种提供了新思路。



图1. OsCKX11调控水稻源库关系作用模式图



张可伟课题组的章薇讲师、已毕业研究生彭凯轩、崔付斌为论文的共同第一作者;张可伟教授为通讯作者。该工作得到中科院遗传发育所程祝宽研究员、王永红研究员和中国水稻所曾大力研究员的指导与合作。本项目得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。


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编辑:廖思傲



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