遗传发育所揭示乙烯调控水稻中类胡萝卜素合成的机制

乙烯与ABA互作并差异调控水稻反应的模型

目前人们对水稻中乙烯信号途径及类胡萝卜素合成途径的调控还知之甚少。中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松和陈受宜研究组分离鉴定了一系列的水稻乙烯反应突变体并对其中的mhz5进行了深入研究。mhz5呈现胚芽鞘过敏感而根钝感的表型。图位克隆发现MHZ5编码类胡萝卜素异构酶。MHZ5突变造成独脚金内酯与ABA缺失及乙烯合成增加；MHZ5过表达水稻黄化苗呈现与mhz5相反的乙烯反应。遗传学、分子生物学及植物生理学研究表明，类胡萝卜素异构酶途径的阻断影响水稻黄化苗乙烯反应；而mhz5突变体的乙烯反应异常表型与独脚金内酯的缺失无关；在根中，乙烯通过诱导类胡萝卜素异构酶基因表达、新黄质与ABA的合成从而抑制根的生长，类胡萝卜素异构酶/MHZ5介导的ABA途径作用于乙烯信号途径的下游，这与拟南芥中报道的乙烯抑制根生长不依赖于ABA的作用是完全不同的；在胚芽鞘中，类胡萝卜素异构酶/MHZ5介导的ABA途径作用于乙烯信号途径的上游，且通过抑制OsEIN2的转录来负调控胚芽鞘乙烯反应（图1）。另外，类胡萝卜素异构酶/MHZ5的功能缺失还影响了水稻的分蘖、穗型、种子大小和根的生长等多个农艺性状。　　

这项研究成果首次揭示了乙烯调控水稻中类胡萝卜素的合成且揭示了水稻中乙烯与ABA互作并差异调控根和胚芽鞘生长的新机制，为研究类胡萝卜素合成的调控及乙烯对水稻等作物重要生长发育过程的调控机理提供了新线索。博士生阴翠翠和工作人员马彪是该论文的共同第一作者。该研究结果于4月3日在线发表于The Plant Cell（doi: 10.1105/tpc.15.00080）。该项研究得到国家自然科学基金和“973”计划等项目的资助。