新京報訊（記者 周懷宗）植物中也有“胰島素”，它又是怎樣調控植物生長的？近日，記者從中國農業科學院獲悉，該院中國水稻研究所水稻生物學國家重點實驗室張健團隊與胡培松院士團隊合作，首次揭示了“植物胰島素”6-磷酸-海藻糖調控水稻碳源分配與籽粒産量的機制，文章在線發表于《分子植物（Molecular Plant）》上。
OsNAC23-Tre6P-SnRK1a回路調控水稻碳源分配與籽粒産量的機制。中國農科院供圖
糖是能量和細胞碳骨架的供體，也是調控生長發育的重要信号分子。近年來，植物中的6-磷酸-海藻糖（Tre6P）被發現具有類似胰島素的功能，可通過促進源-庫轉運等形式反饋調節糖水平，維持糖穩态。6-磷酸-海藻糖廣泛參與調控植物的生長發育與逆境響應等生理過程，并表現出極大的改良作物産量的潛力。
研究發現，在玉米中，異源表達水稻6-磷酸-海藻糖磷酸酶基因OsTPP1，可直接提升9%-49%的産量。直接噴施可吸收的6-磷酸-海藻糖前體，亦可使小麥增産20%。然而，6-磷酸-海藻糖水平如何響應高度動态的糖水平，以維持糖穩态，如何與其他能量調控因子互作協調碳源分配等，這些核心科學問題仍有待闡明。
為此，研究團隊在水稻中鑒定了一個糖誘導表達轉錄因子OsNAC23。OsNAC23可直接抑制6-磷酸-海藻糖中磷酸酶基因OsTPP1的轉錄，促進6-磷酸-海藻糖的累積。實驗發現，與野生型相比，OsNAC23超表達植株的源器官中6-磷酸-海藻糖含量上升，這可以促進光合速率、碳源的源-庫轉運以及穗、種子等庫器官發育，大幅提升植株單株産量。
進一步研究顯示，水稻能量饑餓感受器SnRK1a與OsNAC23相互拮抗。SnRK1a磷酸化OsNAC23并促進其蛋白降解，而OsNAC23則間接抑制SnRK1a的轉錄。OsNAC23-Tre6P-SnRK1a三者之間，形成了一條正向調節回路，以此來維持水稻碳源分配和籽粒産量。
該研究團隊在主栽品種南粳46等三個背景中過量表達OsNAC23基因。多年多地的區試結果表明，相較于野生型，其在生長後期表現出典型的青杆黃熟的高産性狀，有效穗數和千粒重顯著增加，産量提升8.7%-16.1%，為利用6-磷酸-海藻糖相關基因改良作物産量提供了優異的基因資源和應用示範。
該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國農科院科技創新工程等項目的資助。
新京報記者 周懷宗
編輯 唐峥 校對 陳荻雁
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