基因中心联合中山大学、我院水稻所共同揭示miR397-OsLAC-OsTTL通路调控水稻产量的新机制
近日，基因中心联合中山大学、我院水稻所在Plant Cell（中科院一区，IF=11.6）上在线发表了题为“A transthyretin-like protein acts downstream of miR397 and LACCASE to regulate grain yield in rice”的研究论文，揭示了miR397-OsLAC-OsTTL通路介导BR信号进而调节水稻产量的分子机制。该研究建立了漆酶家族成员联系植物BR信号通路的分子纽带，加深了对非编码RNA调控网络精准性、系统性和复杂性的理解。基因中心于洋副研究员为论文第一作者，中山大学生命科学学院陈月琴教授和练剑平副教授为论文通讯作者。我院水稻所刘清副研究员、基因中心冯彦钊博士和薛皦博士参与研究工作。
MicroRNA（miRNA）主要通过调控基因的表达来影响植物的生长和发育，从而导致表型变化和生命演化。植物漆酶作为一类古老的蛋白家族，曾被报道主要参与木质素合成、酚类化合物的氧化以及活性氧物质的积累。2013年，中山大学陈月琴教授课题组在Nature Biotechnology杂志发表文章，首次报道了漆酶蛋白的新功能：漆酶基因OsLAC受到miR397的调控，并通过影响油菜素甾醇（BR）信号途径来调节水稻产量（Zhang et al., 2013）。然而，漆酶如何影响BR信号转导和水稻产量的确切机制却不清楚。
在该研究中，作者对OsLAC进行了生化和遗传学分析，发现transthyretin-like（OsTTL）蛋白可与OsLAC相互作用，并在水稻中充当BR信号的负调控因子。在水稻中过表达OsTTL导致植株呈现株型矮小、叶片直立、籽粒变小和产量降低等表型，而敲除OsTTL基因则导致植株籽粒增大和产量提高。有趣的是，OsTTL蛋白Ser226位点的磷酸化修饰对该蛋白的降解至关重要，而OsLAC与OsTTL的结合可以保护OsTTL免受磷酸化介导的蛋白降解。
此外，研究还发现BR信号受体蛋白OsBRI1可能参与了OsTTL蛋白的磷酸化过程，进一步的遗传互补实验也显示Osttl× OsBRI1-RNAi植株的籽粒明显比OsBRI1-RNAi和野生型植株大，表明敲除OsTTL有效地回补了OsBRI1敲低所带来的BR不敏感表型。
MiR397-OsLAC-OsTTL模块介导BR信号调控水稻产量的模式图
该研究确立了漆酶蛋白与BR信号之间的直接联系，揭示了miR397-OsLAC-OsTTL这一调控通路的分子功能，有望为作物遗传改良和新品种的选育提供物质基础和理论支撑。
研究得到国家自然科学基金-广东联合基金、广东省自然科学基金、“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向-广东重要农作物功能基因挖掘与应用以及广东省农作物种质资源保存与利用重点实验室开放课题等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae147