JGG近日，中国农业科学院作物科学研究所李学勇研究组在JournalofGeneticsandGenomics在线发表了题为“MIT1,encodinga15-cis-ζ-caroteneisomerase(Z-ISO),regulatestillernumberandstatureinrice”的研究论文，报道了编码15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶的MIT1基因通过影响类胡萝卜素和独脚金内酯的生物合成调控水稻株高和分蘖数目。分蘖是水稻的一个重要农艺性状，影响水稻的株型和产量。已有研究证明，来源于类胡萝卜素的植物激素独脚金内酯（Strigolactone,SL）可以抑制水稻分蘖的产生。类胡萝卜素是光合作用的辅助色素，保护植物免受光氧化损伤。李学勇研究组鉴定了一份半矮化、分蘖中度增多的水稻突变体（moderatelyincreasedtiller1,mit1），并对其表型、突变基因等进行了研究，阐明了类胡萝卜素合成和独脚金内酯合成以及调控水稻矮化、分蘖增多之间的关系。该研究发现，MIT1基因编码类胡萝卜素合成途径的一个关键酶，15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶（15-cis-ζ-caroteneisomerase，Z-ISO）（图A）。在mit1突变体中，由于此酶功能的缺失，导致9,15,9′-tri-cis-ζ-carotene不能异构转化为9,9′-di-cis-ζ-carotene，从而使类胡萝卜素的合成减少，最终导致独脚金内酯的合成量降低，表型表现为株高变矮、分蘖增多（图B–D）。此外，研究人员还用mit1与SL合成途径和信号转导途径的突变体d3和d17构建了双突变体，进一步证明MIT1基因通过影响SL信号途径调控水稻分蘖。（A）植物类胡萝卜素合成途径；（B）野生型（WT）和mit1突变体灌浆期表型；（C）田间生长的WT和mit1叶片中β胡萝卜素含量；（D）液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）测定WT和mit1幼苗根系分泌物中独脚金内酯epi-5DS水平之前报道的研究显示类胡萝卜素合成突变体往往叶片白化、生活力下降甚至致死，且未能表现出分蘖增多的表型。而15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶（Z-ISO）催化的异构化反应可以由光照部分代替（图A），因此叶片不白化，营养生长正常，从而表现出半矮化、分蘖中度增多的表型。该研究建立了类胡萝卜素合成缺陷与独脚金内酯调控的水稻分蘖之间的直接联系。作者还利用份水稻种质资源，鉴定出了MIT1基因3种不同的单倍型，分别对应不同的水稻分蘖数目，表明MIT1基因在自然资源中变异对水稻分蘖数目有不同的效应，有望在水稻育种中应用。中国农业科学院作物科学研究所、南昌大学刘丽华博士以及中国农业科学院作物科学研究所研究生任蒙蒙、彭鹏为该论文共同第一作者，李学勇研究员为通讯作者。中科院遗传发育所褚金芳研究员、王义琴副研究员和山东水稻研究所袁守江研究员等也参与了该研究。本研究受到国家科技重大专项、国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划等的资助。

参考文献

[1]Umehara,M.,Hanada,A.,Yoshida,S.,Akiyama,K.,Arite,T.,Takeda-Kamiya,N.,Magome,H.,Kamiya,Y.,Shirasu,K.,Yoneyama,K.,Kyozuka,J.,Yamaguchi,S.,.Inhibitionofshootbranchingbynewterpenoidplanthormones.Nature,–.

[2]Chen,Y.,Li,F.,Wurtzel,E.T.,.IsolationandcharacterizationoftheZ-ISOgeneencodingamissing