The Crop Journal | 四川农大揭示OsTubA1调控水稻籽粒大小的细胞学机制

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

水稻产量主要由三个因素组成：有效穗数、穗粒数和粒重，其中粒重在很大程度上取决于籽粒大小。颖壳决定了籽粒的储存能力从而对其大小起主导作用，而颖壳的发育受细胞增殖和细胞大小调控。目前已克隆了许多籽粒大小相关基因，分布在不同的调控通路上，并且对细胞增殖及细胞扩张的影响也不尽相同，挖掘新的粒型调控基因对完善水稻籽粒大小调控网络具有十分重要的意义。微管是细胞骨架的主要组成部分，存在于所有真核细胞中。在植物生长发育过程中，微管蛋白在维持细胞形态、细胞内物质运输、细胞活性、信号转导和细胞分裂等方面发挥着重要作用。在细胞分裂过程中，微管蛋白决定细胞分裂位置和促进细胞核分离；在细胞扩张过程中，它可以通过改变微管排列方向来影响纤维素沉积，从而抑制细胞伸长。

近日，四川农业大学国家重点实验室/水稻研究所在The Crop Journal在线发表了题为“Wide Grain 4, encoding an alpha-tubulin, regulates grain size by affecting cell expansion in rice”的研究简报，作者以重穗型杂交稻骨干亲本蜀恢498（R498）的EMS诱变突变体wg4-D ( wide grain 4-D)为研究材料，对其目的基因进行鉴定，并对WG4调控水稻粒型的细胞学机制进行研究。

研究者发现，与R498相比，突变体wg4-D粒宽增加，粒长变短，且有效穗数和穗长也显著降低（图1）。基于MutMap测序对其目的基因进行定位和克隆，发现WG4 ( OsTubA1）基因的一处C/A单碱基替换导致了该突变体表型。构建互补株系与敲除株系后发现wg4-D为功能获得突变体。为探究WG4调控籽粒大小的细胞学机制，利用扫描电镜观察R498和wg4-D外稃内表皮的细胞大小及数量，发现wg4-D粒型变化主要是WG4突变抑制了纵向细胞的伸长，促进了横向细胞的伸长（图1）。微管蛋白的改变可以影响细胞有丝分裂和微管的排列，利用免疫荧光染色比较R498和wg4-D突变体根伸长区细胞有丝分裂和皮层微管阵列，发现wg4-D突变体中的微管阵列发生明显变化（图1）。该研究结果有助于进一步探索微管蛋白在植物生长发育中的生物学意义。

图1 WG4通过影响水稻细胞的扩张调节籽粒大小

作者和基金项目

四川农业大学国家重点实验室已毕业博士研究生刘艺和水稻所已毕业博士研究生郭连安为该文共同第一作者，钦鹏教授和青年教师陈薇兰为共同通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目（32121003）、四川省科技计划项目（2022ZDZX0012, 2022YFQ0026）和四川省自然科学基金项目（2022NSFSC1667）的资助，并得到四川农业大学高性能计算平台的支持。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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