研究揭示叶绿体稳定性调控水稻产量和品质新机制

 叶绿体发育调控模块     中国农科院供图

近日，中国水稻研究所水稻功能基因组学创新团队研究揭示，一个富含甘氨酸的蛋白LSL1参与调控叶绿体氧化还原稳态机制，进而影响水稻的产量与品质。相关研究成果发表于《中国科学—生命科学》（Science China-Life Sciences）。

叶绿体作为植物光合作用的重要场所，其能量转移及氧化还原稳态的维持对于植物发育至关重要。叶绿体发育异常通常会引起水稻籽粒发育异常，导致减产和品质受损。

该研究通过EMS诱变分离得到一个类病斑lsl1突变体，该突变体在全生育期均表现为类病斑表型。生理实验表明，lsl1中活性氧过度积累，维持ROS稳态的关键酶活性严重失调。TUNEL和彗星实验表明，lsl1突变体中发生了DNA的异常降解和细胞死亡。lsl1突变体叶绿体发育异常，结合转录组数据表明，LSL1参与光合作用和叶绿素合成过程。叶绿体异常导致了光合作用受损，水稻籽粒大小和品质均降低。

进一步探究LSL1潜在的分子机制，通过酵母双杂实验对LSL1蛋白进行互作筛选，鉴定到两个叶绿体发育相关蛋白PAP10与PsaD。LUC和BIFC实验也证实了这一互作关系。值得注意的是，突变的LSL1蛋白失去了与PsaD蛋白发生互作的能力。由此可得，LSL1通过与PAP10、PsaD互作来共同维持叶绿体和细胞正常发育，进而决定水稻产量和品质。

该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。