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(jìn)研究員課題組在水稻實(shí)心葉脈突變基因SM1的克隆和功能解析方面取得重要進(jìn)展，研究成果以題為“Mutation of rice SM1 enhances solid leaf midrib formation and increases methane emissions”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(yùn)輸，對(duì)水稻的生長發(fā)育起著非常關(guān)鍵的作用。然而，目前對(duì)水稻葉脈的形成與發(fā)育的分子機(jī)制研究尚不清楚。科研團(tuán)隊(duì)利用重離子輻照誘變獲得一個(gè)葉片中脈空腔被薄壁細(xì)胞填充的水稻實(shí)心葉脈突變體，同時(shí)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(jī)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(dá)，從而影響水稻葉片通氣組織的發(fā)育。

　　科研人員通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，sm1突變體中通氣組織被薄壁細(xì)胞填充，導(dǎo)致向根部運(yùn)輸氧氣能力減少16.8%，水稻根際產(chǎn)甲烷菌活性增強(qiáng)，甲烷排放總量增加約96.8%（圖3）。進(jìn)而揭示了水稻通氣組織對(duì)水稻生長和稻田甲烷排放具有關(guān)鍵作用，通過對(duì)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(dá)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(shí)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(huì)、國家重點(diǎn)研發(fā)、安徽省重點(diǎn)研發(fā)等項(xiàng)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(jìn)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