TGW3磷酸化调控水稻籽粒大小新通路
中科院植物所宋献军研究团队在Cell Reports上发表了最新研究成果，研究发现了一条调控水稻籽粒大小的新通路OsTIR1-OsIAA10-OsARF4。
文章题目
Control of grain size in rice by TGW3 phosphorylation of OsIAA10 through potentiation of OsIAA10-OsARF4-mediated auxin signaling
第一作者：Ming Ma, ShaoYan Shen, Chen Bai
通讯作者：XianJun Song
通讯单位：中国科学院植物所
杂志：Cell Reports
影响因子：9.995/Q1
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112187
研究背景
栽培水稻(Oryza sativa L.)作为全球主要粮食作物，其粒度是产量和品质的重要指标，目前包括G蛋白、转录调节因子、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联、泛素蛋白酶体和植物激素介导的这几种途径已被证实在该性状调控中发挥关键作用。其中，生长素信号通路涉及籽粒大小调控，生长素或吲哚-3-乙酸(Aux/IAA)和生长素响应因子(auxin RESPONSE FACTOR, ARF)家族是调控的核心成分。然而，生长素信号通路控制籽粒大小的分子机制和遗传关系仍不清楚，磷酸化是否可以促进Aux/IAA蛋白的降解也尚不确定。
技术方案
酵母双杂交文库筛选技术
扫描电镜分析
研究意义
研究发现了一条OsTIR1-OsIAA10-OsARF4介导的生长素信号通路，为籽粒大小调控机制提供了新的见解，也为作物分子育种理论基础做了一定程度的补充，对于改良作物性状具有非常重要的意义。
▲TGW3对OsIAA10的磷酸化修饰，改变OsTIR1-OsIAA10-OsARF4通路信号进而调控水稻籽粒大小
研究者发现TGW3(也称为OsGSK5)与OsIAA10相互作用并磷酸化，磷酸化的OsIAA10促进了它与OsTIR1的相互作用，但这种修饰阻碍了它与OsARF4相互作用。遗传分子证据表明，OsTIR1-OsIAA10-OsARF4通路是控制籽粒大小的关键。此外，生理学和分子研究表明，TGW3介导油菜素类固醇反应，其作用可以通过调控通路传递。
▲TGW3与OsIAA10相互作用
▲OsIAA10通过改变小穗壳中的细胞膨胀来调节籽粒大小
水稻矮缩病毒蛋白P2与OsIAA10结合，阻断OsIAA10-ostir1相互作用，抑制蛋白酶体介导的OsIAA10降解，从而增强病毒感染和植物发病机制。为了确定OsIAA10是否是籽粒大小的调节因子，研究者生成了过表达OsIAA10转基因水稻植株(OsIAA10-overexpression [OE])，并通过CRISPR-Cas9方法敲除该基因。结合扫描电镜分析发现OsIAA10通过改变细胞膨胀来调节籽粒大小。
▲TGW3与OsIAA10在同一遗传途径及上游调控水稻粒长
水稻矮缩病毒(RDV)衣壳蛋白P2与OsIAA10蛋白结合，从而阻止OsIAA10与OsTIR1相互作用，促进病毒感染和疾病发展。重要的是，抑制OsIAA10增强了水稻对RDV感染的抗性。OsIAA10在调节植物抗病能力及控制籽粒大小方面都具有非常重要的作用，这表明该基因具有多效性。在这些发现的基础上，TGW3介导的OsIAA10磷酸化是否也参与植物抗病，这值得在未来的研究中进行深入探讨。
