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楚王好细腰,水稻爱“高腰” 精选

已有 5215 次阅读 2018-5-6 21:12 |个人分类:乙烯信号转导简史|系统分类:科研笔记| 乙烯, 高腰, 突变体

 

《墨子·兼爱》中记载:“昔者楚灵王好士细腰,故灵王之臣皆以一饭为节,胁息然后带,扶墙然后起。比期(jī)年,朝有黧(lí)黑之色。”这就是我们常说的“楚王好细腰”的典故。唐朝大文豪白居易更是有“樱桃樊素口,杨柳小蛮腰”此等脍炙人口的诗句广为流传。由此可见,我们对细腰的痴迷古已有之,且源远流长。

当代社会中,我们夸赞女孩子身材好的时候,经常说她有标准的S型曲线,而细腰就是其中重要的一环。前段时间,“A4”在网络上风靡一时,成了一场全民参与的“晒美运动”,把我们对细腰的追求推上了一个新高度。

你知道吗?我们餐桌上每天都能见到的水稻,对“腰”也有特殊的“审美”和“偏好”。只不过和我们人类对细腰的痴迷不同,一些水稻更加喜欢细细长长的“高腰”。

中科院遗传发育所张劲松课题组在对水稻乙烯反应突变体筛选的过程中,鉴定到一个特殊的材料。和野生型比,在空气中和用乙烯处理时,该突变体的中胚轴和胚芽鞘都明显伸长。水稻的中胚轴上连胚芽鞘,下接种子和根,伸长后就像人的腰一样,细细长长,形态优美,整个黄化苗形似一位亭亭玉立、婀娜多姿的美少女,故将该突变体命名为高腰1(gaoyao1gy1)。


我们都知道,当我们把种子播种到土壤中后,会有一个萌发和出土的过程。在水稻的萌发出土过程中,胚芽鞘起到保护幼嫩胚芽的作用,而中胚轴的作用就是在黑暗的地下快速伸长,把胚芽鞘推出土壤,早点享受阳关的沐浴,呼吸空气的芬芳。了解水稻栽培的小伙伴应该知道,传统的水稻种植包括育苗和插秧两个步骤,浪费了大量的人力物力和时间。出于人类偷懒的本能,水稻直播栽培越来越受到重视。从名字上也可以看出来,直播省去了插秧的步骤,直接播种,一步到位,我们刷剧、吃鸡、打王者农药的时间又可以充足一些了。

可是有研究表明,水稻直播的出苗率与水稻秧苗中胚轴和胚芽鞘的长度有极大的关系,中胚轴和胚芽鞘越长,出苗率越高。说的通俗一点,水稻的“腰”越高,直播的成活率也就越高。而一般的水稻品种,中胚轴和胚芽鞘的长度并不太长,这就导致水稻直播的出苗率并不理想。GY1基因功能和分子机制的研究,对水稻直播技术的推广和应用具有重要的意义。

通过图位克隆,发现GY1基因定位在一号染色体长臂的末端,编码一个PLA1类型的磷脂酶。GY1蛋白定位在叶绿体上,参与了JA生物合成的起始步骤。gy1突变体中GY1基因发生了G518A的突变,导致R173Q的氨基酸变异,使GY1磷脂酶的活性降低,阻碍了JA的生物合成,导致突变体中JA的含量减少。外源施加茉莉酸甲酯,可以恢复gy1突变体的中胚轴和胚芽鞘到野生型的长度,说明gy1中胚轴和胚芽鞘伸长的表型确实是由于JA的合成减少导致。

在对水稻幼苗的出土过程进行精细研究后发现,出土过程中茉莉酸的含量会降低,而乙烯的释放反而会上升。进一步研究揭示,GY1是水稻乙烯通路中重要的转录因子OsEIL2的靶基因,乙烯处理抑制GY1的表达,减少JA的合成,进而使中胚轴和胚芽鞘伸长。

对3000分水稻重测序数据中的GY1基因进行比对分析后发现,有141份水稻品种发生了G376T的突变,导致GY1蛋白第126位的甘氨酸突变为半胱氨酸,使GY1的磷脂酶活性明显降低。收集到了44个具有G376T突变位点的水稻品种,发现中胚轴和胚芽鞘都有不同程度的伸长。说明在自然群体中,GY1基因376T的SNP位点与较长的中胚轴和胚芽鞘相关联。值得注意的是,这141个水稻品种起源于水稻不同的亚组且分布在不同的国家和地区。不过,这些品种的起源地大都属于热带季风气候。而GY1基因376T的SNP位点,很可能是受到长期的驯化和选择,以适应热带季风气候特殊地理环境的结果。


不禁感叹,大自然真是一位审美奇特的“选美大师”,她既喜欢没有腰的“短粗胖”,又喜欢高腰的“长细瘦”。不过,也正是因为大自然这种独特的审美口味,才使得我们生活的环境如此多姿多彩,壮丽恢弘。


【参考文献】

Xiong Q, Ma B, Lu X, Huang YH, He SJ, Yang C, Yin CC, Zhao H, Zhou Y, Zhang WK, Wang WS, Li ZK, Chen SY, Zhang JS (2017) Ethylene-Inhibited Jasmonic Acid Biosynthesis Promotes Mesocotyl/Coleoptile Elongation of Etiolated Rice Seedlings. Plant Cell, 29: 1053-1072.




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1 刘光银

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