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近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院智能所離子束研究中心吳躍進研究員課題組在水稻實心葉脈突變基因SM1的克隆和功能解析方面取得重要進展，研究成果在線發(fā)表于國際期刊Plant Science上。

水稻葉脈作為水稻葉片重要的結(jié)構(gòu)，一方面為水稻葉片提供力學(xué)支撐，另一方面介導(dǎo)著水、氣體、碳水化合物等物質(zhì)的運輸，對水稻的生長發(fā)育起著非常關(guān)鍵的作用。然而，目前對水稻葉脈的形成與發(fā)育的分子機制研究尚不清楚�？蒲袌F隊利用重離子輻照誘變獲得一個葉片中脈空腔被薄壁細胞填充的水稻實心葉脈突變體，同時表現(xiàn)植株變矮，植株干重降低49.0%（圖1），利用圖位克隆技術(shù)獲得控制水稻通氣組織發(fā)育的關(guān)鍵基因SM1 (Solid Midrib 1, SM1) （圖2）。分子機制研究顯示：SM1基因編碼一種小型拉鏈蛋白(ZPR)，它可以與OSHB1相互作用，抑制OSH1（莖尖分生組織形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子）的表達，從而影響水稻葉片通氣組織的發(fā)育。

科研人員通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，sm1突變體中通氣組織被薄壁細胞填充，導(dǎo)致向根部運輸氧氣能力減少16.8%，水稻根際產(chǎn)甲烷菌活性增強，甲烷排放總量增加約96.8%（圖3）。進而揭示了水稻通氣組織對水稻生長和稻田甲烷排放具有關(guān)鍵作用，通過對sm1突變體研究也為育種提供新的思路，即選育水稻通氣組織發(fā)達的水稻品種，向水稻根際提供更多的氧氣，既有利于水稻“根深葉茂”獲得高產(chǎn)，又可以降低稻田甲烷排放，實現(xiàn)水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青促會、國家重點研發(fā)、安徽省重點研發(fā)等項目的資助。博士生姜鴻瑞為論文第一作者，葉亞峰副研究員、劉斌美研究員、吳躍進研究員為共同通訊作者。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)所傅向東研究員參與了該研究。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2024.112312

圖1 sm1突變體表型分析

圖2 SM1基因圖位克隆

圖3 SM1基因工作模型