2019年8月23日，Nature Communications 在线发表了朱健康课题组题为"The grain yield modulator miR156 regulates seed dormancy through the gibberellin pathway in rice"的研究论文。该研究首次系统解析miR156在水稻种子休眠和株型调控中的重要作用，为基因编辑增强种子休眠以抑制穗发芽提供理论依据。
图1. miR156调节水稻种子休眠、粒长和株型
种子休眠是决定作物有效产量和储藏期的重要因素，合适的种子休眠时间长度在增加产量的同时有效抑制作物的穗发芽，提高谷物品质和延长谷物的储藏期 (Miao et al, 2018)。有研究表明miR156是谷类作物株型和种子粒型的重要调控因子 (Jiao et al, 2010; Lu et al, 2013)。该研究中首次对水稻miR156的编码基因家族进行了系统的基因编辑研究，发现MIR156可以根据其序列和功能分为两个亚家族，其中，II类MIR156基因（包括MIR156a、MIR156b、MIR156c、MIR156k和MIR156l）的突变显著增强种子休眠，抑制种子穗发芽现象，而对株型、种子粒型和产量潜力无明显影响。有趣的是，I类MIR156基因（包括MIR156d–MIR156i）的缺失可以减少无效分蘖、增加株高、增强茎秆抗倒伏能力、增加种子粒长和千粒重，表现出理想株型IPA1的植株形态，而对种子休眠无显著影响。(图1)
图2. miR56靶基因IPA1通过调节赤霉素相关基因的表达影响水稻中赤霉素的积累
植物激素脱落酸（abscisic acid, ABA）是控制植物种子休眠的关键因子 (Gu et al, 2010)。目前已发表的种子休眠控制基因大部分涉及到ABA合成和代谢有关。该研究发现，MIR156突变增强种子休眠的现象与ABA无关，而与促进种子萌发的植物激素赤霉素（gibberellins，GAs）有关。MIR156基因缺失解除其对靶基因Ideal Plant Architecture 1（IPA1）的抑制，有利于IPA1 转录本的积累。IPA1直接结合并调控Gas合成和信号通路中一系列基因的表达，从而减少种子中Gas的积累，有利于种子休眠。(图2)
综上所述，该研究揭示了miR156在水稻种子休眠调控中的重要作用，同时，该研究为培育具有优良株型、抗穗发芽的高产水稻品种提供了重要的基因资源。
该研究得到中国科学院和国家自然科学基金的资助。苗春波和王镇为该论文共同第一作者，朱健康研究员为该论文通讯作者。
文章来源： 中国科学院上海植物逆境生物学研究中心
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