生科院方中明团队在植物科学国际著名期刊上发表重要成果

2018-03-19 16:45:04编辑:来源:晨光新闻网查看:0

近日,植物科学国际著名期刊Frontiers in Plant Science(影响因子4.298)在线全文发表了我校生命科学与技术学院方中明副教授为独立通讯作者的题为“Two splicing variants of OsNPF7.7 regulate shoot branching and nitrogen utilization efficiency in rice”的研究论文。同时,鉴于方中明副教授在营养分子遗传领域的贡献,该期刊已邀请他担任长期特约审稿人。

  

该研究发现了水稻中存在一个新的膜蛋白成员OsNPF7.7,转录后加工产生两种选择性剪接,两种剪接体均能调控水稻分枝和氮利用效率。长剪接体在水稻生殖期分枝器官幼穗中表达量较高,而短剪接体在水稻营养期分枝器官分蘖芽中表达量较高。随着外界氮浓度提高后,两种剪接体在分蘖芽中表达下降,这可能是限制作物在高氮中不利于固定氮肥的因素。随后研究人员发现,长剪接体定位在质膜中,有利于细胞从外界吸收硝酸根,而短剪接体定位在液泡膜上,有利于铵根在液泡中的存储。

  

进一步研究发现,两种剪接体在水稻品种ZH11中单独提高表达后,都能促进水稻分蘖芽的伸长,提高水稻分蘖。但是在水稻中降低基因表达或敲除基因均使得水稻叶鞘中氨基酸积累,限制了氮素在水稻体内的移动使得叶片中氨基酸减少,由此水稻分蘖减少和株高降低。在突变体中互补任一剪接体均能使得水稻分蘖和株高表型得到较大程度的恢复。

  

大田中不同浓度氮肥处理表明,提高任何一种剪接体的表达均能在不同氮肥下提高水稻产量和氮利用效率,但是不施肥时不能提高超表达植株的氮利用效率。在中国种植面积最广且品质优良的粳稻品种KY131中提高表达两种剪接体,能够极大提高单株有效穗数和单株产量。

  

该研究为确定水稻同一个跨膜蛋白基因产生的不同选择性剪接体,在进化和功能上相似又不完全相同这一特征提供了理论基础,也为水稻在优良品质基础上进一步提高产量并改善氮利用效率提供了实践案例。研究历时五年(2013-2017年),我校为论文的第一单位,生科院教师方中明副教授为论文的独立通讯作者,我校园林系教师黄玮婷和已毕业硕士研究生白根祥为论文的并列第一作者。鉴于该基因在水稻产量提高和氮利用率改善上的重要作用,已于2016年申请了国家发明专利(专利号:2016106053603),方中明副教授为国家发明专利的第一发明人。该研究得到了国家自然科学基金(31301250)的资助。

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  OsNPF7.7基因的两种剪接体在粳稻品种空育131中提高表达能够大幅度提高产量


A:空育131对照植株在大田中的长势;B-C:长剪接体提高表达的两个株系在大田中的长势;D-E:短剪接体提高表达的两个株系在大田中的长势;F:空育131对照单株有效穗表型;G-H:长剪接体提高表达的两个株系单株有效穗表型;I-J:短剪接体提高表达的两个株系单株有效穗表型;K:所有材料单株有效穗数统计;L:所有材料每株灌浆粒数统计。