東北地理所在無胚水稻調(diào)控基因的鑒定及機制解析方面取得重要突破
水稻種子發(fā)育直接影響稻谷的產(chǎn)量和品質(zhì)。胚和胚乳分別是種子的繁殖和能量儲存器官，二者的協(xié)同調(diào)控確保種子的正常發(fā)育。無胚水稻（embryolessrice）是上世紀90年代日本學者首次發(fā)現(xiàn)，無胚水稻不僅是研究胚與胚乳發(fā)育分子機制的優(yōu)異材料，其受溫度調(diào)控的無胚表型也具有重要的育種應(yīng)用潛力。但無胚水稻的調(diào)控基因至今未見報道。
近日，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所卜慶云研究員團隊在國際權(quán)威綜合性學術(shù)期刊Nature Communications在線發(fā)表題為OsBZR4 regulates temperature-dependent embryogenesis in rice的研究論文，鑒定到無胚水稻的調(diào)控基因OsBZR4，并揭示了其作用機制。
該研究首次發(fā)現(xiàn)，OsBZR4是調(diào)控無胚水稻的關(guān)鍵基因，在不同栽培品種中突變該基因均可產(chǎn)生60%-100%的無胚種子。OsBZR4特異表達于盾片-胚乳界面。進一步發(fā)現(xiàn)OsBZR4抑制YUC4和PIN5b的表達，通過調(diào)控早期發(fā)育種子中生長素含量和分布來發(fā)揮作用。外源施加生長素或過量表達YUC4均能提高水稻無胚率，而施用生長素運輸抑制劑NPA則降低無胚率。此外，高溫環(huán)境會顯著增加bzr4突變株系的無胚率，發(fā)現(xiàn)高溫能誘導OsPIL13基因表達，OsPIL13促進YUC4的轉(zhuǎn)錄，進一步增加生長素含量，從而解析高溫增加無胚率的機制。有意義的是，將bzr4等位突變導入優(yōu)良水稻品種中嘉10和中嘉11，在不影響水稻產(chǎn)量前提下，可提高精米產(chǎn)量和耐儲性。
圖1 水稻bzr4突變體產(chǎn)生無胚種子
該研究首次揭示了通過調(diào)控OsBZR4可培育出具有溫度敏感型的無胚水稻種質(zhì)，既能提高稻谷的精米產(chǎn)量，又能提高稻谷的耐儲性。在此基礎(chǔ)上，未來將嘗試創(chuàng)制一種溫度調(diào)節(jié)的無胚水稻種質(zhì)，該種質(zhì)可以在低溫條件下產(chǎn)生正常種子，用于繁殖，在常溫或高溫條件下產(chǎn)生高比例的無胚種子用于糧食生產(chǎn)，來促進新型水稻生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。
圖2 OsBZR4調(diào)控水稻胚發(fā)育模式圖
東北地理所王臻昱副研究員和已畢業(yè)博士生許敏（現(xiàn)就職于吉林農(nóng)業(yè)大學）為該論文共同第一作者，劉穎湘博士做了大量工作，東北地理所卜慶云研究員和崖州灣實驗室錢前院士為該論文的共同通訊作者。中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學所鄭曉明研究員，東北地理所田曉杰、李秀峰副研究員和唐佳琦博士也參與了該研究工作。研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2024YFD1201001-3）、國家自然科學基金聯(lián)合基金項目（U23A20193）、國家自然科學基金面上項目（32171988，3217198）和黑龍江省重點研發(fā)（創(chuàng)新基地）項目（JD24A011）的經(jīng)費支持。
論文信息：
Zhenyu Wang#,Min Xu#,Yingxiang Liu,Xiaoming Zheng,Zhipeng Hong,Mingliang He,Xin Jin,Jiaqi Tang,Xiufeng Li,Xiaojie Tian,Qian Qian*,Qingyun Bu*. OsBZR4 regulates temperature-dependent embryogenesis in rice. Nature Communications,2025,16: 6893.
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62262-3
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