近日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所作物功能基因組研究創(chuàng)新團隊揭示了核糖體蛋白NAL21/RPS3A通過調(diào)節(jié)生長素響應因子和葉片側向擴展調(diào)節(jié)因子的翻譯水平來影響水稻葉片寬度的新機制。2月16日，相關研究成果在線發(fā)表于《植物生理（Plant Physiology）》。
據(jù)李學勇研究員介紹，葉片是植物進行光合作用、呼吸作用和蒸騰作用的重要器官，也影響著植物的整體株型結構。其中，葉片寬度是葉片形態(tài)的重要指標，是一個由多基因控制的復雜數(shù)量性狀。當前，部分調(diào)控水稻葉片寬度的基因已被克隆，然而葉片寬度調(diào)控的分子機制，特別是蛋白翻譯水平上的調(diào)控仍有待研究。
該研究通過誘變，獲得了一個窄葉突變體nal21。該突變體葉片大葉脈、小葉脈數(shù)目減少，葉片表皮細胞體積變小，細胞數(shù)目也減少，導致葉片變短變窄，同時該突變體對生長素的敏感性也降低。圖位克隆表明，水稻葉片寬度調(diào)控基因NAL21編碼一個核糖體小亞基蛋白RPS3A。研究發(fā)現(xiàn)，在nal21突變體中，核糖體結構異常，生長素響應因子ARFs的蛋白質翻譯效率降低，導致生長素調(diào)控的葉片細胞分裂和擴展受阻。進一步研究發(fā)現(xiàn)，RPS3A還能在翻譯水平上調(diào)控葉片側向擴展關鍵轉錄因子WOX3A的表達。通過提高ARFs和WOX3A的翻譯效率，可使nal21突變體的葉片恢復正常表型。該項研究揭示了葉片發(fā)育過程中關鍵轉錄因子的適當翻譯調(diào)控是維持葉片正常形態(tài)所必需的，這項工作為完善水稻葉型發(fā)育分子機制提供新的理論依據(jù)。
該研究得到了國家轉基因重大專項、國家自然科學基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和國家留學基金委等項目的資助。
據(jù)李學勇研究員介紹，葉片是植物進行光合作用、呼吸作用和蒸騰作用的重要器官，也影響著植物的整體株型結構。其中，葉片寬度是葉片形態(tài)的重要指標，是一個由多基因控制的復雜數(shù)量性狀。當前，部分調(diào)控水稻葉片寬度的基因已被克隆，然而葉片寬度調(diào)控的分子機制，特別是蛋白翻譯水平上的調(diào)控仍有待研究。
圖1：作科所揭示水稻葉片寬度調(diào)控的新機制
該研究通過誘變，獲得了一個窄葉突變體nal21。該突變體葉片大葉脈、小葉脈數(shù)目減少，葉片表皮細胞體積變小，細胞數(shù)目也減少，導致葉片變短變窄，同時該突變體對生長素的敏感性也降低。圖位克隆表明，水稻葉片寬度調(diào)控基因NAL21編碼一個核糖體小亞基蛋白RPS3A。研究發(fā)現(xiàn)，在nal21突變體中，核糖體結構異常，生長素響應因子ARFs的蛋白質翻譯效率降低，導致生長素調(diào)控的葉片細胞分裂和擴展受阻。進一步研究發(fā)現(xiàn)，RPS3A還能在翻譯水平上調(diào)控葉片側向擴展關鍵轉錄因子WOX3A的表達。通過提高ARFs和WOX3A的翻譯效率，可使nal21突變體的葉片恢復正常表型。該項研究揭示了葉片發(fā)育過程中關鍵轉錄因子的適當翻譯調(diào)控是維持葉片正常形態(tài)所必需的，這項工作為完善水稻葉型發(fā)育分子機制提供新的理論依據(jù)。
圖2: RPS3A在蛋白質翻譯水平調(diào)控葉片發(fā)育的模型
該研究得到了國家轉基因重大專項、國家自然科學基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和國家留學基金委等項目的資助。
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