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水稻转录因子IPA1促进高产并提高免疫
发表日期: 2018-10-16 作者: 王静等 文章来源:《科学》
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《科学》在线发表了四川农业大学与中国科学院遗传与发育生物学研究所、加州大学戴维斯分校合作完成的研究论文水稻转录因子IPA1促进高产并提高免疫A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice),该研究发现了水稻理想株型建成的关键基因IPA1在水稻稻瘟病抗病过程中的作用,并揭示了IPA1既能增加产量又能提高稻瘟病抗性分子作用机制,为培育高产抗病水稻新品种提供了重要理论基础和应用途径。该论文的发表实现了四川农业大学在《科学》杂志发表论文零的突破,该杂志最新影响因子(2017年)为41.058

四川农业大学水稻所王静副研究员、硕士研究生周练、石辉、美国戴维斯分校Mawsheng Chern博士和中国科学院遗传与发育生物学研究所的余泓副研究员为论文第一作者;四川农业大学陈学伟研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士、四川农业大学王静副研究员为共同通讯作者;四川农业大学为论文第一完成单位。论文第一作者王静副研究员于2012年在中国科学院遗传与发育生物学研究所博士毕业,毕业后入职四川农业大学水稻研究所,加入陈学伟团队,从事水稻抗病与产量间调控关系及机制的研究。这也是四川农业大学陈学伟团队继去年在《细胞》上发表高水平论文后取得的又一重大研究成果。

水稻是我国的主要粮食作物,其安全生产关系国计民生。培育既抗病又高产的品种是粮食绿色安全生产的重要保障。但通常认为产量与抗性是两个拮抗的过程,即高抗的品种往往难以高产,高产品种在抗性上表现不佳。因此,解析产量与抗性间的作用机制并在应用中实现二者间的协同调控,对于培育高产高抗水稻品种意义重大。近年来,虽然已报道了多个基因在提高植物抗性的同时不影响产量。但是,同时增加植物的产量并提高抗性的单个基因尚未报道。

IPA1(Ideal Plant Architectutre 1)编码植物所特有的SPL转录因子家族成员,是水稻中调控理想株型建成的关键基因,其功能获得性突变体植株具有茎秆粗壮、穗子变大、产量增加等优良性状,已在水稻育种中得到广泛应用。本研究发现IPA1在增加水稻产量的同时,还能提高水稻对稻瘟病菌的抗性,进一步研究发现其编码蛋白IPA1的磷酸化修饰是平衡产量与抗性的关键调节枢纽。IPA1受稻瘟病菌诱导磷酸化,该磷酸化能改变蛋白IPA1DNA序列的结合特性,通常情况下,IPA1结合DEP1等穗发育相关基因的启动子,促进其表达,负责水稻理想株型的建成,调控水稻产量,受稻瘟病菌诱导磷酸化后的IPA1更倾向于结合抗病相关基因WRKY45的启动子,促进其表达,增强免疫反应,提高抗病性。研究还发现,在稻瘟病菌侵染612小时,水稻体内IPA1的磷酸化受诱导程度达到峰值,随后逐渐降低,并在2448小时后恢复到正常水平。表明一旦水稻体内的免疫系统被激活后,IPA1又很快恢复到低磷酸化状态,以保证水稻发育的正常进行(上图)。

该研究报道了单基因既能增加水稻产量又能提高稻瘟病抗性,打破了单个基因不可能同时实现增产和抗病的传统观点;为高产高抗育种提供了重要理论基础和实际应用新途径。

该研究受到来自国家自然科学基金委、教育部新世纪优秀人才计划和科技部重点研发计划(主要农作物抗病虫抗逆性状形成的分子基础)等的经费资助。(来源:四川农业大学)

 

A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice

 

Abstract  Plant immunity often penalizes growth and yield. The transcription factor Ideal Plant Architecture 1 (IPA1) reduces unproductive tillers and increases grains per panicle, which results in improved rice yield. Here we report that higher IPA1 levels enhance immunity. Mechanistically, phosphorylation of IPA1 at amino acid Ser163 within its DNA binding domain occurs in response to infection by the fungus Magnaporthe oryzae and alters the DNA binding specificity of IPA1. Phosphorylated IPA1 binds to the promoter of the pathogen defense gene WRKY45 and activates its expression, leading to enhanced disease resistance. IPA1 returns to a nonphosphorylated state within 48 hours after infection, resuming support of the growth needed for high yield. Thus, IPA1 promotes both yield and disease resistance by sustaining a balance between growth and immunity.

 

原文链接:http://science.sciencemag.org/content/sci/361/6406/1026.full.pdf

 


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