研究揭示葉綠體穩定性調控水稻產量和品質新機制

 葉綠體發育調控模塊     中國農科院供圖

近日，中國水稻研究所水稻功能基因組學創新團隊研究揭示，一個富含甘氨酸的蛋白LSL1參與調控葉綠體氧化還原穩態機制，進而影響水稻的產量與品質。相關研究成果發表于《中國科學—生命科學》（Science China-Life Sciences）。

葉綠體作為植物光合作用的重要場所，其能量轉移及氧化還原穩態的維持對于植物發育至關重要。葉綠體發育異常通常會引起水稻籽粒發育異常，導致減產和品質受損。

該研究通過EMS誘變分離得到一個類病斑lsl1突變體，該突變體在全生育期均表現為類病斑表型。生理實驗表明，lsl1中活性氧過度積累，維持ROS穩態的關鍵酶活性嚴重失調。TUNEL和彗星實驗表明，lsl1突變體中發生了DNA的異常降解和細胞死亡。lsl1突變體葉綠體發育異常，結合轉錄組數據表明，LSL1參與光合作用和葉綠素合成過程。葉綠體異常導致了光合作用受損，水稻籽粒大小和品質均降低。

進一步探究LSL1潛在的分子機制，通過酵母雙雜實驗對LSL1蛋白進行互作篩選，鑒定到兩個葉綠體發育相關蛋白PAP10與PsaD。LUC和BIFC實驗也證實了這一互作關系。值得注意的是，突變的LSL1蛋白失去了與PsaD蛋白發生互作的能力。由此可得，LSL1通過與PAP10、PsaD互作來共同維持葉綠體和細胞正常發育，進而決定水稻產量和品質。

該研究得到國家自然科學基金等項目的資助。