PNAS：“剎車”基因如何調控谷子葉片垂立

　　中科院遺傳與發育生物學研究所（簡稱遺傳發育所）農業資源研究中心趙美丞博士和劉西崗研究員與中國農業科學院作物科學研究所科研人員合作，闡釋了谷子的披垂葉基因作為油菜素內酯激素信號的“剎車”基因如何調控葉片披垂與直立，為禾本科作物株型研究打開了一扇新的窗口。相關研究成果8月18日在線發表于美國《國家科學院院刊》。

　　葉片是作物光合作用和有機物合成的主要器官，葉片形態建成與作物株型相關，可直接影響作物種植密度及產量。為提高密植狀態下作物的光合作用及產量，作物育種過程中追求葉片直立（即葉片不下垂）而又緊湊（即葉片與莖的夾角小）。油菜素內酯是重要的植物生長發育調節激素，圍繞油菜素內酯信號調控葉片與莖的夾角已有大量深入機理的研究，但關于葉片直立與下垂的遺傳基礎尚缺乏認識，從而制約了禾谷類作物株型改良的效率和水平。

　　在該研究中，研究人員利用谷子嚴重披垂葉片的突變體，克隆了控制谷子葉片披垂的基因。研究發現，該基因編碼了一個新的膜蛋白受體激酶，其編碼蛋白可以與油菜素內酯的共受體通過胞內的激酶結構互作，競爭性地抑制油菜素內酯受體與共受體間的互作水平，從而以負反饋的方式抑制早期油菜素內酯信號的過度激活，因此，披垂葉基因起到了“剎車”基因的作用。該過程可以促進葉片中脈的遠軸厚壁細胞分裂和木質素的沉積，從而提高葉片的支撐力并促進葉片直立性。此外，研究人員通過玉米披垂葉基因回補谷子突變體試驗，證實這種機制在禾本科作物中是保守和共享的。

　　該研究揭示了禾谷類作物葉片堅實度的遺傳學基礎及其調控機制，為作物株型改良提供了新的基因資源和研究思路。