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中国科学院东北地理与农业生态研究所卜庆云团队鉴定到无胚水稻的调控基因并揭示其作用机制

  • 转自：BioArt植物公众号
  • Published: 2025-07-28
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        水稻种子发育直接影响稻谷的产量和品质。胚和胚乳分别是种子的繁殖和能量储存器官，二者的协同调控确保种子的正常发育。无胚水稻（embryolessrice）是上世纪90年代日本学者首次发现，无胚水稻不仅是研究胚与胚乳发育分子机制的优异材料，其受温度调控的无胚表型也具有重要的育种应用潜力。但无胚水稻的调控基因至今未见报道。
 
        2025年7月26 日，中国科学院东北地理与农业生态研究所卜庆云研究员团队在国际权威综合性学术期刊Nature Communications在线发表了题为OsBZR4 regulates temperature-dependent embryogenesis in rice的研究论文，鉴定到无胚水稻的调控基因OsBZR4，并揭示了其作用机制。
        该研究首次发现OsBZR4是调控无胚水稻的关键基因，在不同栽培品种中突变该基因均可产生60%-100%的无胚种子。OsBZR4特异表达于盾片-胚乳界面。进一步发现，OsBZR4抑制YUC4和PIN5b的表达，通过调控早期发育种子中生长素含量和分布来发挥作用。外源施加生长素或过量表达YUC4均能提高水稻无胚率，而施用生长素运输抑制剂NPA则降低无胚率。此外，高温环境会显著增加bzr4突变株系的无胚率，发现高温能诱导OsPIL13基因表达，OsPIL13促进YUC4的转录，进一步增加生长素含量，从而解析高温增加无胚率的机制。有意义的是，将bzr4等位突变导入优良水稻品种中嘉10和中嘉11，在不影响水稻产量前提下，可提高精米产量和耐储性。
                                图1 水稻bzr4突变体产生无胚种子
 
        综上所述，该研究揭示了通过调控OsBZR4可培育出具有温度敏感型的无胚水稻种质，既能提高稻谷的精米产量，又能提高稻谷的耐储性。在此基础上，作者设想创制一种温度调节的无胚水稻种质，该种质可以在低温条件下产生正常种子，用于繁殖，在常温或高温条件下产生高比例的无胚种子用于粮食生产，来促进新型水稻生产技术的发展。
 
                                     图2 OsBZR4调控水稻胚发育模式图
 
        中国科学院东北地理与农业生态研究所王臻昱副研究员和已毕业博士生许敏（现就职于吉林农业大学）为该论文共同第一作者、刘颖湘博士做了大量工作，中国科学院东北地理与农业生态研究所卜庆云研究员和崖州湾实验室钱前院士为该论文的共同通讯作者。中国农业科学院作物科学所郑晓明研究员、中国科学院东北地理与农业生态研究所田晓杰、李秀峰副研究员和唐佳琦博士也参与了该研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金联合基金项目、国家自然科学基金面上项目和黑龙江省重点研发（创新基地）项目的经费支持。
 
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-62262-3