最新研究解析碳4解剖学结构形成机制

近日，中国农业科学院生物技术研究所作物高光效功能基因组创新团队研究发现控制水稻碳3、碳4小脉发育新机制，为在碳3水稻中有效组装碳4解剖学结构提供新的基因资源和理论基础。相关研究成果发表于《植物细胞》（The Plant Cell）上。中国农业科学院生物技术研究所博士生刘启明、已毕业滕守振博士和邓晨博士为该论文共同第一作者，路铁刚研究员、孙学辉副研究员和Thomas P. Brutnell教授为该论文的共同通讯作者。

玉米、高粱等碳4作物叶片具有“花环结构”和生化途径，其光合效率、生物量、粮食产量、水分和氮素利用效率显著高于水稻、小麦等碳3作物。小脉是“花环结构”的组织中心，小脉变密和叶肉细胞、维管束鞘细胞的特殊排列模式是碳3植物向碳4植物进化的第一个关键步骤。多年来科学家一直试图揭示这个特殊结构形成的分子机制，但由于调控机制复杂，进展较为缓慢。

SHR/IDD/PIN模块调控碳3和碳4小脉发育图。中国农业科学院生物技术研究所供图

研究发现，水稻中转录因子OsSHR1/2与OsIDD12/13形成复合体，并结合到基因OsPIN5c上，形成SHR-IDD-PIN分子模块开关调控基因OsPIN5c的表达，影响水稻叶脉生长素的分配，从而控制小脉密度和叶肉细胞、维管束鞘细胞的特殊排列模式，在水稻中创制类似碳4的解剖学结构。该研究为碳4水稻创制进程迈出关键一步。