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分蘖是与水稻产量密切相关的重要农艺性状之一。同时,水稻作为单子叶的模式植物,研究分蘖的发生机制对于阐释高等植物分枝发育机理具有重大的理论价值。
最近,通过对一系列多分蘖伴矮生性状水稻突变体的研究发现,在水稻中存在一种在拟南芥、豌豆和矮牵牛等物种中已发现的控制植物分枝的MAX/RMS/D途径。最新研究表明,控制植物分枝的MAX/RMS/D途径参与植物激素strigolactones的合成和信号传导。Strigolactones在化学结构上属于类萜内酯类,己知这种化学物质有助于寄生植物种子的萌发,同时能够促进植物与共生真菌之间的相互作用。但目前人们对于strigolactones的生物合成与信号转导途径及其在植物生长发育过程中的功能还知之甚少。
我们实验室对多分蘖伴矮生性状的水稻突变体dwarf27(d27)进行了详细的细胞生物学、遗传学和分子生物学的分析研究。研究表明d27突变体的多分蘖表型是由于分蘖芽生长的抑制作用被解除或者被弱化的结果。我们通过图位克隆方法分离出D27基因,并通过互补实验验证了D27基因的功能。进一步的研究发现D27基因编码一个叶绿体定位的铁结合蛋白。氨基酸序列的比对分析发现,从低等的藻类到高等植物中广泛地存在D27的同源蛋白。D27基因在水稻植株地上部和根均有表达,尤其在植株的维管组织表达。该基因的突变导致生长素运输能力的增强进而产生多分蘖的表型。通过对d27突变体与水稻MAX/RMS/D途径中d10突变体构建的双突变体的分析发现,D27基因参与水稻的MAX/RMS/D途径。进一步的研究表明在d27突变体中strigolactones的含量显著降低,外施strigolactones的人工合成类似物GR24能够恢复d27突变体表型。因此,我们认为D27基因参与strigolactones这一新的植物分枝控制激素的合成。