记者1月11日从湖南省农业明升体育app院获悉，隶属于该院的湖南省水稻研究所联合明升官网农业明升体育app院生物技术研究所，克隆了一个水稻叶绿体蛋白LTA1，其可通过影响重力反应调控水稻的分蘖角度，同时通过影响叶绿体的结构和功能降低光合作用效率，导致水稻减产。
这一成果近日在线发表于《作物学报》（The Crop Journal）上，湖南省水稻研究所潘孝武副研究员为该文第一作者，该所李小湘研究员和明升官网农业明升体育app院生物技术研究所黄荣峰研究员为共同通信作者。该研究得到了国家自然明升体育app基金项目、长沙市杰出创新青年培养计划和湖湘青年英才项目的资助。
lta1突变体的表型特征分析。 受访者供图
通过改良水稻株型培育具有理想株型的新品种，是提高水稻单产的重要途径。分蘖角度是水稻株型的重要构成因素之一，直接影响水稻的种植密度、光合效率、抗倒性以及病虫害发生情况，最终影响水稻的产量和收获指数。尽管这一性状在育种实践中被重点关注，但目前已克隆的分蘖角度基因很少，业界对其分子机理的研究相对滞后，分蘖角度基因如何影响水稻产量仍不清楚。
研究人员发掘到一个分蘖角度明显增大的突变体lta1，其结实率和产量明显下降。组织切片结果表明，lta1突变体分蘖基部远地端的细胞长度显著长于野生型。重力诱导实验发现，突变体茎秆内的生长素侧向运输受阻，导致重力反应削弱，从而表现出分蘖角度增大的表型。图位克隆将LTA1基因定位于水稻第2染色体，编码一个具有保守YbaB DNA结合结构域的叶绿体蛋白，遗传互补和基因敲除实验均证明LTA1确实调控了水稻的分蘖角度和产量。荧光定量PCR结果表明，该基因主要在叶片、叶鞘等光合组织中表达。
植物感受重力刺激，并在重力方向上发生生长反应的现象称为植物的向重力性。潘孝武介绍，在重力刺激下，正常水稻植株在近地端和远地端会形成生长素浓度梯度，近地端细胞分裂生长加快，茎基部形成弯曲向上生长。但lta1突变体内源生长素的侧向运输受阻，近地端的生长素含量降低，向重力性反应减弱，导致分蘖角度增大。LTA1基因编码叶绿体蛋白，该基因突变引起叶绿体结构异常，进而导致叶绿素含量和光合作用速率下降，最终导致产量下降。因此，LTA1主要通过影响水稻的向重力性调控水稻的分蘖角度，通过影响叶绿体结构和光合作用效率影响水稻产量。
lta1突变体的叶绿体发育以及光合作用分析。 受访者供图
在水稻的生长发育过程中，分蘖角度呈现动态变化，发育前期株型松散以实现早发快长，发育后期株型紧凑以改善群体光合作用效率。分蘖角度的动态变化在生产上具有重要意义，发掘特异种质资源，解析分蘖角度动态变化的遗传机制是重点和难点。“该基因的克隆和功能研究有助于阐明水稻分蘖角度的遗传控制机制，为解析分蘖角度与产量的相互关系提供新的依据。”潘孝武表示。
“由于LTA1基因突变本身导致叶绿体结构异常和光合作用下降，因此水稻产量下降的原因并非分蘖角度增大这个单一因素，故本研究尚不能证明株型分散和株型紧凑的水稻哪个更优。”潘孝武表示，未来团队将继续开展分蘖角度基因的定位和克隆，重点解析水稻分蘖角度动态变化的分子遗传机制；从种质资源中发掘更多分蘖角度基因的优良变异，利用分子标记辅助选择创制适宜分蘖角度的新种质，培育具有理想株型的高产新品种。（来源：明升官网明升体育app报 王昊昊）
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