四川農大李仕貴課題組揭示ABA長距離運輸的生物學意義和調控機制

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責編 | 王一

自從1961年脫落酸（ABA）被首次分離以來，ABA長距離運輸在不同植物體內被廣泛研究；但近半個世紀以來，ABA長距離運輸生物學意義一直未有定論，調控ABA長距離運輸的分子機制更是完全不清楚。

2021年1月16日，四川農業大學李仕貴
教授課題組與中國科學技術大學向成斌
教授課題組合作在

Science Advances

上在線發表題為

Leaf-derived ABA regulates rice seed development via a transporter-mediated and temperature-sensitive mechanism

的研究論文。該研究發現了水稻穎果中多數ABA來源於葉片，揭示了MATE轉運蛋白DG1調控葉片到穎果的ABA長距離運輸的分子機制，明確了ABA長距離運輸響應溫度從而確保不同溫度下種子正常發育的生物學意義，為分子設計育種解決高溫下水稻灌漿充實，保障產量和品質提供了新思路。

水稻灌漿充實直接決定水稻產量和稻米品質。隨著全球氣候變暖，極端天氣愈見頻繁。水稻開花灌漿期極易遭遇夏季高溫危害，導致減產甚至絕收。研究者通過正向遺傳學克隆了一個調控水稻灌漿結實的的基因DG1
，該基因編碼一個MATE轉運蛋白，系列體內外實驗證明該蛋白具有轉運ABA活性。在深入研究該蛋白如何調控水稻灌漿結實的過程中，發現突變體dg1
穎果中ABA含量顯著低於野生型，但葉片和莖稈中ABA含量更高，暗示穎果中ABA可能不是主要在穎果中合成，而是從葉片中轉運過來。系列遺傳、生理、生化和3H-ABA同位素等實驗證實了穎果中ABA來源於葉片，並闡明了DG1蛋白調控ABA長距離運輸的分子機制。

圖1. dg1 突變體表型，節中表達譜、以及ABA和ABA前體含量

同時研究者還意外發現dg1
突變體在高溫下具有更強灌漿結實表型，結合不同溫度下遺傳表型和3H-ABA轉運等一系列實驗，闡明了水稻DG1蛋白可通過響應溫度調控不同溫度下ABA長距離轉運效率，確保不同溫度下種子正常發育。該研究系統揭示了水稻擁有一套從葉片到穎果的ABA長距離轉運系統，該系統通過響應溫度調控ABA從葉片到穎果的轉運效率，進而調節穎果中一系列澱粉合成關鍵基因表達量，從而確保各溫度下種子的正常發育。

圖2. DG1蛋白調控水稻ABA長距離運輸及穎果發育模式圖

四川農業大學水稻研究所欽鵬
教授、博士研究生張國華
、課題組畢業生胡彬華
博士（現工作於四川省農科院）和中國科學技術大學吳傑
博士為本文的並列第一作者，四川農業大學李仕貴
教授、中國科學技術大學向成斌
教授和四川農業大學欽鵬
教授為共同通訊作者；首都師範大學李樂攻教授和四川大學葉利明教授也參與了該項研究，該研究得到國家自然科學基金和科技部項目的資助。

論文鏈接：

https://advances.sciencemag.org/content/7/3/eabc8873