Plant Biotechnology Journal—薛红卫团队揭示赤霉素代谢酶GA2ox9调控水稻种子休眠和萌发的机制
近日，新葡的京集团8814薛红卫团队研究揭示了水稻OsGA2ox9通过调控种子中的GA代谢，影响α-淀粉酶活性和可溶性糖含量，进而与ABA信号协同调控种子休眠，为赤霉素如何协调胚胎发育和种子萌发提供了线索，也为种子休眠性改良和降低穗发芽提供了基因储备。相关研究成果在线发表在植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上。
种子是植物重要的繁育器官，也是营养物质储存的主要场所，是粮食产量和品质形成的基础。在育种过程中，种子发芽迅速、整齐、成苗快、可获得较高经济产量的品种被选择用于生产，但这些高产品种往往会出现种子休眠性减弱，在收获季节遇到高温多雨的天气有较强的穗发芽情况，严重影响作物的产量和品质。穗发芽的调控是一个复杂的生理过程，与种子休眠和萌发密切相关，影响因素众多。除水分、温度、光照等外界因素外，还受到种子内的激素、糖类、活性氧、NO、microRNA等的调控，其中脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）通过相互拮抗来调节种子休眠与萌发。近年来穗发芽现象越来越受到关注，虽然已定位了多个与穗发芽相关的QTLs/基因，但GA如何参与穗发芽调控仍缺乏深入解析。
研究发现OsGA2ox9基因缺失导致种子休眠性下降，出现穗发芽（图1），其过表达提高种子休眠性。OsGA2ox9基因编码一个C20 -GA2氧化酶，可以将活性C20-GA前体转化为非活性状态。检测结果显示OsGA2ox9-Cas9转基因材料种子中活性GA和GA前体含量较野生型增加，α-淀粉酶活性增强，胚乳中蔗糖和葡萄糖增多，且ABA信号通路关键调节因子OsABI3和OsABI5的表达下调，表现出ABA不敏感的表型，这与已有报道胚乳可溶性糖可以抑制ABA信号，从而导致穗发芽相一致。表明GA代谢通过影响可溶性糖含量影响ABA信号，最终调控种子休眠和萌发。
图1 水稻OsGA2ox9表达改变影响穗发芽
图2 OsGA2ox9单倍型网络及主要单倍型Hap1-4的平均萌发率
结合“3000份水稻基因组”数据的单倍型和萌发率数据分析发现OsGA2ox9编码区存在14个主要的SNPs，其中Hap1和Hap3的萌发率显著降低，进一步鉴定到3个与萌发降低相关的SNPs（图2）。值得一提的是，OsGA2ox9在单子叶作物中高度保守，为种子休眠性改良和降低穗发芽提供了潜在基因资源。
新葡的京集团8814邢梅青副研究员和上海师范大学陈素卉博士为论文的共同第一作者，新葡的京集团8814薛红卫教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
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