纖維素是細胞壁的主要成分，其含量與結構影響莖稈機械強度等農藝性狀。纖維素的合成與組裝過程復雜，受多種激素和環境因子等嚴格調控。赤霉素是上世紀中期“綠色革命”的關鍵激素，在降低株高、增強作物抗倒性方面發揮了重要作用。但對于該激素是否調控纖維素合成及相關分子機制仍知之甚少。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所基因組生物學研究中心/植物基因組學國家重點實驗室周奕華研究組長期從事細胞壁生物合成機制研究。為明確赤霉素對纖維素合成的調控作用，周奕華研究組通過對水稻赤霉素相關突變體的細胞壁成分測定和基因表達分析，發現赤霉素合成缺陷導致莖稈機械組織厚壁細胞的細胞壁變薄，纖維素含量下降；而赤霉素信號轉導抑制子突變和外施赤霉素均能上調纖維素合酶基因的表達，并增加纖維素含量，表明赤霉素可促進纖維素合成。分子生物學實驗顯示，赤霉素信號轉導抑制子SLENDER RICE1（SLR1）與次生壁合成相關的頂層轉錄因子NAC29/NAC31直接相互作用，抑制其對下游轉錄因子MYB61的直接轉錄激活作用，進而影響MYB61對下游纖維素合酶基因的轉錄，調控纖維素合成。對發育中的水稻節間分段進行赤霉素含量測定和基因表達分析，顯示該信號通路受內源赤霉素調控，并影響莖稈生長發育。遺傳學和生物化學實驗證實該類型的信號通路具有保守性，在擬南芥等雙子葉植物中均存在。
該項研究成果發現了赤霉素通過介導SLR1與NAC類轉錄因子直接相互作用調控纖維素合酶基因轉錄的信號通路，揭示了赤霉素調控纖維素合成的完整信號通路及在莖稈發育中的重要作用。對深入理解“綠色革命”基因具有重要意義，并有望為提高作物產量和抗倒伏提供理論依據和基因資源。該研究結果于5月22日在The Plant Cell上在線發表。周奕華研究組的博士生黃德寶和王少干為該論文的共同第一作者。該研究得到科技部和國家自然科學基金委的資助。
赤霉素調控水稻次生壁纖維素合成的信號通路
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