PNAS：“刹车”基因如何调控谷子叶片垂立

　　中科院遗传与发育生物学研究所（简称遗传发育所）农业资源研究中心赵美丞博士和刘西岗研究员与中国农业科学院作物科学研究所科研人员合作，阐释了谷子的披垂叶基因作为油菜素内酯激素信号的“刹车”基因如何调控叶片披垂与直立，为禾本科作物株型研究打开了一扇新的窗口。相关研究成果8月18日在线发表于美国《国家科学院院刊》。

　　叶片是作物光合作用和有机物合成的主要器官，叶片形态建成与作物株型相关，可直接影响作物种植密度及产量。为提高密植状态下作物的光合作用及产量，作物育种过程中追求叶片直立（即叶片不下垂）而又紧凑（即叶片与茎的夹角小）。油菜素内酯是重要的植物生长发育调节激素，围绕油菜素内酯信号调控叶片与茎的夹角已有大量深入机理的研究，但关于叶片直立与下垂的遗传基础尚缺乏认识，从而制约了禾谷类作物株型改良的效率和水平。

　　在该研究中，研究人员利用谷子严重披垂叶片的突变体，克隆了控制谷子叶片披垂的基因。研究发现，该基因编码了一个新的膜蛋白受体激酶，其编码蛋白可以与油菜素内酯的共受体通过胞内的激酶结构互作，竞争性地抑制油菜素内酯受体与共受体间的互作水平，从而以负反馈的方式抑制早期油菜素内酯信号的过度激活，因此，披垂叶基因起到了“刹车”基因的作用。该过程可以促进叶片中脉的远轴厚壁细胞分裂和木质素的沉积，从而提高叶片的支撑力并促进叶片直立性。此外，研究人员通过玉米披垂叶基因回补谷子突变体试验，证实这种机制在禾本科作物中是保守和共享的。

　　该研究揭示了禾谷类作物叶片坚实度的遗传学基础及其调控机制，为作物株型改良提供了新的基因资源和研究思路。