禾谷類(lèi)作物糊粉層和淀粉胚乳分化的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

 

　　 禾谷類(lèi)作物的胚乳是人類(lèi)糧食和動(dòng)物飼料的最主要來(lái)源，同時(shí)也為工業(yè)產(chǎn)品提供了大量原材料。其胚乳是由一個(gè)精子與兩個(gè)中央核經(jīng)雙受精融合后發(fā)育形成的三倍體組織，發(fā)育過(guò)程經(jīng)歷游離核時(shí)期、細(xì)胞化時(shí)期、糊粉層-淀粉胚乳分化時(shí)期、貯藏物質(zhì)累積時(shí)期和成熟時(shí)期。禾谷類(lèi)作物胚乳的內(nèi)部淀粉胚乳主要累積碳水化合物，而外部糊粉層主要累積蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素、膳食纖維和鐵、鋅等微量元素。由于禾谷類(lèi)作物胚乳發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)累積與糧食的產(chǎn)量和品質(zhì)直接相關(guān)，因此其分子機(jī)制研究一直是國(guó)際植物發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域中的重要課題，對(duì)于保障國(guó)家糧食安全和人民身體健康具有重要意義。

      中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院劉春明院長(zhǎng)的研究組長(zhǎng)期致力于水稻胚乳發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)累積的調(diào)控研究。在過(guò)去幾年里，系統(tǒng)研究了水稻穎果和胚乳發(fā)育過(guò)程中每一細(xì)胞類(lèi)型的形態(tài)、細(xì)胞分化和細(xì)胞程序化死亡時(shí)間節(jié)點(diǎn)（JIPB, 2016a, 2016b）；從分子遺傳學(xué)水平解析了灌漿過(guò)程的調(diào)控機(jī)制（Cell Research, 2016）；揭示了胚乳細(xì)胞通過(guò)能量穩(wěn)態(tài)（Molecular Plant, 2021）和DNA去甲基化（PNAS, 2018）調(diào)控糊粉層厚度的機(jī)理；利用遺傳誘變與篩選獲得糊粉層增厚的高營(yíng)養(yǎng)水稻種質(zhì)資源，并通過(guò)與香型紫米品種雜交創(chuàng)制了高營(yíng)養(yǎng)中紫系列紫米新品種。

      近日，劉春明院長(zhǎng)受邀在Annual Review of Plant Biology撰寫(xiě)題為“Cereal Endosperms: Development and Storage Product Accumulation”的綜述文章（DOI：10.1146/annurev-arplant-070221-024405）。該論文對(duì)過(guò)去30余年禾谷類(lèi)作物胚乳發(fā)育和貯藏物質(zhì)積累的分子調(diào)控研究進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，闡析了糊粉層和淀粉胚乳分化、灌漿過(guò)程中糖運(yùn)輸和卸載的可能機(jī)制，提出了以細(xì)胞質(zhì)膜完整性喪失、胞間糖自由流動(dòng)為基礎(chǔ)的“自由貿(mào)易”淀粉合成工廠模型，對(duì)這一領(lǐng)域面對(duì)的重大科學(xué)問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展方向提出了見(jiàn)解。中國(guó)科學(xué)院植物研究所劉金鑫副研究員為第一作者，吳明偉博士參與文章撰寫(xiě)，劉春明院長(zhǎng)為通訊作者。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。

 

水稻胚乳“自由貿(mào)易”淀粉合成工廠模型

 

原文來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院植物分子生理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室