Ген HPY1 координирует источник и сток для повышения урожайности риса
Рис — основная продовольственная культура для более чем половины населения мира, и постоянное повышение его урожайности имеет ключевое значение для обеспечения глобальной продовольственной безопасности.
Урожайность риса физиологически определяется совместно фотосинтетической способностью (источник) и размером/количеством зерен (сток). Однако текущие исследования в основном сосредоточены либо на источнике, либо на стоке, с относительно небольшим числом работ, посвященных их синергии.
Команда под руководством профессора Шаоцина Ли (Государственная ключевая лаборатория гибридного риса, Уханьский университет) получила мутант с крупным зерном и высоким ростом с помощью радиационного мутагенеза. Методом позиционного клонирования был идентифицирован ген, одновременно регулирующий эффективность фотосинтеза, размер зерна, биомассу и урожайность, — HPY1 (high photosynthetic rate and yield 1). HPY1 — это фактор транскрипции, произошедший от транспозона, высококонсервативный и не имеющий мутаций в ресурсах зародышевой плазмы риса.
SNP-вариация в кодирующей области этого гена приводит к изменению одной аминокислоты в C-конце HTH-домена (helix-turn-helix). Это изменяет структуру белка, увеличивая его способность связываться с ДНК, что в итоге усиливает экспрессию нижележащих генов. Результат — фенотип с высокой фотосинтетической эффективностью, крупным зерном, высокой биомассой и урожайностью.
Дальнейший анализ показал, что HPY1 повышает урожай риса, синергетически улучшая и источник, и сток:
- Источник: Мутация HPY1 усиливает его собственную транскрипцию по механизму обратной связи. Затем белок HPY1 напрямую связывается с генами, связанными с источником (RbcS2, RbcS3 и RbcS4, кодирующими малые субъединицы Rubisco), усиливая их транскрипцию. Это повышает содержание и активность Rubisco, что увеличивает скорость фотосинтеза и биомассу.
- Сток: HPY1 напрямую связывается с генами, регулирующими размер зерна (CCP1 и FLO2), и повышает их транскрипцию, что приводит к увеличению размера зерна.
Таким образом, за счет одновременного усиления источника и стока повышается урожайность риса.
Исследование идентифицировало высокоурожайный ген HPY1, координирующий источник и сток. Это открытие углубляет молекулярное понимание координации источника и стока у риса и предлагает эффективную стратегию для селекции на высокую урожайность.
Работа опубликована в журнале Science Bulletin.