解析“植物胰岛素”科学家发现水稻增产新机制

 洪恒飞 陈鎏琰 科技日报记者 江耘

记者9日从中国水稻研究所获悉，该所张健研究员团队与胡培松院士团队经合作，首次揭示了“植物胰岛素”6-磷酸-海藻糖（Tre6P）调控水稻碳源分配与籽粒产量的机制，为作物高产遗传改良提供了新思路。相关研究成果近日已发表于《分子植物（Molecular Plant）》杂志。

在高血糖情况下，脊椎动物主要通过分泌胰岛素，刺激血糖消耗和糖原合成来维持血糖稳态，保证生理功能的正常运行。近年来，植物中的Tre6P被发现具有类似胰岛素的功能。Tre6P还可通过促进源—库转运等形式反馈调节糖水平。作为维持糖稳态的核心激素，Tre6P广泛参与了调控植物的生长发育与逆境响应等生理过程。然而，Tre6P具体如何维持糖稳态、与其他能量调控因子互作协调碳源的源—库分配以及如何利用Tre6P相关基因改良作物的产量等核心问题仍有待阐明。

“尤为重要的是，Tre6P具有极大地改良作物产量的潜力。”张健介绍，已有研究表明，在玉米中异源表达水稻Tre6P磷酸酶基因OsTPP1可提升9%—49%的产量；直接喷施可吸收的Tre6P前体亦可使小麦增产20%。

研究团队在水稻中鉴定了一个调控Tre6P积累的糖诱导表达转录因子基因OsNAC23。OsNAC23可直接结合在Tre6P磷酸酶基因OsTPP1的启动子区域，抑制OsTPP1的转录，促进Tre6P的累积。已有研究表明，Tre6P可直接结合植物能量饥饿感受器SnRK1并抑制其酶活。该研究进一步显示，OsNAC23-Tre6P-SnRK1a三者形成一条正向调节回路来维持水稻碳源分配和籽粒产量。

研究团队在日本晴、南粳46和中水01三个水稻品种的实验过程中过量表达OsNAC23基因，显著地提高了植株Tre6P含量。多年多地的田间产量区试结果表明，相较于野生型，转基因植株在生长后期表现出典型的青杆黄熟的高产性状，有效穗数和千粒重显著增加，产量提升8.7%—16.1%，为利用“植物胰岛素”Tre6P相关基因改良作物的产量提供了优异的基因资源和应用示范。

关键词： 胰岛素 水稻